Сигналы, создающие ранние стволовые клетки, идентифицированы

Стволовые клетки работают на протяжении всей нашей жизни как своего рода разнорабочие, восстанавливая поврежденные ткани и обновляя некоторые нормальные, например, кожу, которую мы сбрасываем. Ученые многое поняли о том, как функционируют стволовые клетки у взрослых, но меньше известно о том, откуда изначально берутся эти клетки по мере развития эмбриона.

Исследователи из Университета Рокфеллера идентифицировали новый механизм, с помощью которого клетки во время развития получают инструкции стать стволовыми клетками. Результаты, опубликованные в Cell 14 января, помогают объяснить, как коммуникация между клетками опосредует этот процесс, и могут иметь значение для лечения рака кожи.

"Хотя взрослые стволовые клетки все лучше охарактеризованы, мы мало знаем об их происхождении. Здесь мы показываем, что в коже клетки-предшественники стволовых клеток волосяного фолликула определяются, как только клетки в однослойном эмбриональном эпидермисе начинают делиться вниз, образуя эмбриональную волосяную почку", — объясняет Элейн Фукс. "Это время было намного раньше, чем считалось ранее, и дает нам новое понимание формирования этих особых клеток".

Что появилось раньше: ниша или стволовая клетка?

Кластеры стволовых клеток получают сигналы от других близлежащих клеток, которые инструктируют их либо оставаться стволовой клеткой, либо дифференцироваться в определенный тип клеток. Эти инструктивные группы клеток, называемые "нишей", как известно, поддерживают популяции взрослых стволовых клеток. Менее понятно, как формируется ниша, или когда и где впервые появляются стволовые клетки во время эмбрионального развития.

"Взрослые стволовые клетки зависят от ниши в получении инструкций как о том, как стать стволовой клеткой, так и о том, как контролировать размер популяции стволовых клеток", — говорит первый автор Тамара Успенская. "Вопрос был в том, появляется ли ниша первой и призывает другие клетки стать стволовыми? Или наоборот? Стволовые клетки могут сначала появляться в другом месте, а затем рекрутировать нишу".

Работая с волосяным фолликулом мыши, областью, содержащей активные стволовые клетки, Фукс и коллеги исследовали клеточные деления, происходящие при первоначальном формировании фолликула. Волосяной фолликул начинается как небольшая почка, называемая плакодой, и развивается в ткань из нескольких слоев, состоящую из разных типов клеток. Пометив клетки внутри плакоды и проследив за их потомством, исследователи определили, что при каждом делении одна дочерняя клетка оставалась на месте, а другая перемещалась в другой слой.

Дальнейшие эксперименты показали, что эта "сбежавшая" клетка становится стволовой. Это открытие значимо, поскольку это самая ранняя точка в развитии, когда стволовые клетки были обнаружены в этой системе, и оно указывает, что стволовые клетки могут существовать до формирования ниши.

Покидая "гнездо", чтобы стать стволовой клеткой

То, какой тип клетки (например, печеночная или кожная клетка) станет судьбой клетки, зависит от ряда факторов, включая молекулярные сигналы от других клеток, которые помогают включать или выключать определенные гены. Фукс и коллеги наблюдали, что сигнальная активность различалась между двумя дочерними клетками, оказавшимися в разных местах, и стремились охарактеризовать, как сигналинг помог определить их окончательную судьбу.

Они обнаружили, что в среде, куда переместилась "сбежавшая" дочерняя клетка, был низкий уровень сигналинга WNT, известного своей ролью в эмбриональном развитии. В то же время сигналинг WNT был высоким в среде, где оставалась другая дочерняя клетка. Уровень WNT влиял на то, как клетки реагировали на другой сигнал, известный как SHH (Sonic Hedgehog) — только те, что находились в среде с низким WNT, реагировали на сигнализацию SHH, которая инструктировала клетки становиться стволовыми.

"Эти клетки должны покинуть дом, они должны покинуть среду с высоким сигналингом WNT, чтобы стать стволовыми клетками", — говорит Успенская. "Мы наблюдали, что SHH, который фактически исходит от клеток с высоким сигналингом WNT, необходим, чтобы помочь клеткам уйти. Таким образом, чтобы эта "сбежавшая" клетка стала стволовой, она должна получить сигнал SHH от своей сестринской клетки "дома", говорящий ей: 'ты — стволовая клетка'".

Исследователи полагают, что антагонизм между сигнализацией WNT и SHH может помогать контролировать количество стволовых клеток, производимых в этот период эмбрионального развития.

"Это вновь идентифицированное перекрестное взаимодействие сигналов дает понимание того, почему эти два сигнала оказывают такое глубокое влияние на рак кожи, где количество раковых ткане-продуцирующих стволовых клеток чрезмерно", — говорит Фукс. "Эта работа прокладывает путь для будущих исследований увлекательной и клинически важной взаимосвязи между опухоле-продуцирующими и нормальными стволовыми клетками".