Чтобы синхронизировать свое развитие соседние стволовые клетки обмениваются мембранными пузырьками, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Journal of extracellular vesicles. В пузырьках содержалась микроРНК miR-132, которая запускала ускоренный процесс дифференцировки клеток. Такой механизм синхронизации эмбриональных клеток в процессе развития открыт впервые.
Межклеточная коммуникация необходима для поддержания целостности организма — так клетки дают друг другу обратную связь о развитии, питании, стимулах окружающей среды и много другом. Для этого существует несколько механизмов: например, соседние клетки могут передавать друг другу сигнальные молекулы без всякой упаковки — паракринным способом. Также соседние клетки могут образовывать щелевые контакты и передавать вещества через них. А на более дальние расстояния сигнал можно передавать в мембранных пузырьках, которые сохраняют вещество от разрушения.
Особенно важная межклеточная коммуникация между клетками раннего эмбриона — всего из одной зиготы им предстоит образовать все органы и ткани организма. Для этого эмбриональные стволовые клетки могут достигать фенотипической синхронности — более медленные клетки догоняют соседей по стадии дифференцировки. Однако вопрос о том, как именно «быстрые» клетки заставляют соседей ускоряться, до сих пор не был изучен.
Исследователи из университета Киото под руководством Томохиро Минокава (Tomohiro Minakawa) создали линии эмбриональных стволовых клеток мышей, чтобы исследовать их коммуникацию. Для этого клетки выделили из ранних эмбрионов мышей и поддерживали их размножение в лабораторных условиях. При этом одну из линий клеток биологи заставили развиваться и дифференцироваться быстрее — для этого при помощи генной инженерии в ДНК клеток внесли ген одного из белков, запускающих дифференцировку. Степень развития клеток определяли по молекулярным маркерам, соответствующим той или иной стадии. Затем ученые создали клеточные агрегаты из двух типов клеток и подтвердили синхронизацию.
Биологи предположили три возможных механизма общения клеток для синхронизации: регуляторные молекулы, просветы в стенках соседних клеток и мембранные пузырьки — крупные эндосомы или микровезикулы. Первыми решили проверить мембранные пузырьки — и сразу подтвердили гипотезу. Биологи выключили фермент, выделяющий мембранные пузырьки наружу из клетки и проверили, как синхронизируются клетки на разных этапах развития. Оказалось, что без мембранных пузырьков клетки действительно стали хуже общаться и остались на разных этапах (p<0,05).
Затем биологи проверили, что именно клетки передают друг другу в пузырьках. Всю РНК в пузырьках просеквенировали и обнаружили, что больше всего работают 6 типов микроРНК — коротких регуляторных нуклеотидных последовательностей. Исследователи создали 6 линий, в каждой из которых синтез одной из микроРНК был повышен и провели эксперименты с клеточными агрегатами. Значительно усилила дифференцировку клеток лишь одна микроРНК — miR-132. Чтобы подтвердить ее роль в синхронизации, биологи отключили ее синтез в одной из клеточных линий — и эффект действительно пропал. После дополнительного анализа ученые обнаружили, что микроРНК воздействует на белки-участники пути дифференцировки и запускает у «медленных» клеток тот же каскад реакций, что и у «быстрых».
Межклеточная коммуникация важна не только для стволовых клеток в процессе развития, но и для искусственных клеток — мембранных структур для адресной доставки лекарств. Недавно такие клетки научили общаться с клетками млекопитающих и способствовать их развитию в нейроны.
Анна Муравьёва