Ученые выяснили, что если планариям сразу после облучения отрезать голову или нанести другие повреждения, то в области травмы у них сохранятся стволовые клетки, а вот у целых червей все стволовые клетки погибают. Причина не в делении клеток (после облучения оно блокировалось на две недели), а в торможении апоптоза. Сигнал о повреждении стволовым клеткам передают клетки, которые погибают вследствие травмы. Статья опубликована в журнале Current Biology.
Стволовые клетки — основной ресурс регенерации при повреждении тканей организма. Они уязвимы к повреждающим воздействиям окружающей среды, в том числе к радиации. Поэтому, например, у планарий (плоских червей, известного модельного объекта для изучения регенерации) после облучения большинство стволовых клеток гибнет, и регенерация у них затруднена.
Как поврежденные ткани сигнализируют стволовым клеткам о необходимости регенерации и как индивидуальные стволовые клетки планарий, в свою очередь, реагируют на травмы, неизвестно: судьбу отдельных клеток сложно проследить из-за их массовости. После облучения, однако, в живых остается сравнительно мало стволовых клеток, и их реакцию на различные повреждения удобно изучать.
Кэролин Адлер (Carolyn Adler) из Колледжа ветеринарной медицины Корнельского университета и ее коллеги облучали планарий Schmidtea mediterranea 2000 рад (третью летальной дозы). Сразу после этого животным отрезали голову или наносили другие повреждения, а затем — отслеживали распределение стволовых клеток с помощью цитогенетических методов (полимеразной цепной реакции в реальном времени и флуоресцентной гибридизации in situ).
Через сутки после облучения у планарий без дополнительных повреждений маркеры стволовых клеток практически не экспрессировались, а удаление головы непосредственно до или сразу после облучения замедляло гибель стволовых клеток. Даже после облучения летальной дозой в 6000 рад у безголовых планарий сохранилась часть стволовых клеток. Отрезание головы через сутки после облучения не помогала стволовым клеткам выжить.
Через два дня после процедуры у безголовых планарий на переднем конце тела стволовые клетки сохранились, а дальше от места повреждения они погибли — точно так же, как и тех червей, с которыми ничего не делала. У червей, которым наносили повреждения в других местах (удаляли хвост или делали надрезы по бокам) стволовые клетки тоже сохранялись только рядом с травмированным участком.
Авторы работы предположили, что сохранность стволовых клеток объясняется либо усиленной пролиферацией (делением) стволовых клеток, либо торможением их апоптоза (программируемой клеточной гибели). Эти процессы может запускать апоптоз клеток, которые расположены в районе повреждения. Чтобы проверить эти гипотезы, ученые заменили физические травмы введением циклогегсимида, который вызывает апоптоз. Кроме того, ученые наблюдали за экспрессией маркеров апоптоза и пролиферации в стволовых клетках.
Введение циклогегсимида приводило к тому же эффекту, что и отрезание головы: стволовые клетки сохранялись в районе повреждения после облучения. Маркеры пролиферации в стволовых клетках облученных планарий не экспрессировались в течение семи дней — вероятно, это связано с тем, что поврежденную радиацией ДНК необходимо починить перед делением. Через две недели после облучения сохранившиеся стволовые клетки входили в митоз. Маркеров апоптоза в стволовых клетках безголовых планарий было значительно меньше, чем у червей без повреждений. Это означает, что стволовые клетки сохраняются после облучения не за счет интенсивного деления, а из-за блокировки программируемой гибели.
Выживать после отрезания головы или облучения серьезными дозами радиации планариям помогает белок TSPAN-1 в стволовых клетках. Пересадка всего одной клетки с этим белком помогала планариям выжить после облучения в 6000 рад, а если им пересаживали мутантные по TSPAN-1 стволовые клетки, черви погибали.
Алиса Бахарева