Исследователи обнаружили клетки, меняющие свою идентичность в ходе нормального развития
Новое исследование учёных из Университета Вирджинии и других институтов обнаружило тип пигментных клеток у рыбки данио-рерио, которые могут трансформироваться после завершения развития в другой тип клеток.
Дэвид Паричи, руководитель исследования, сообщил, что в его лаборатории заметили, как некоторые чёрные пигментные клетки у данио-рерио становились серыми, а затем белыми. Более детальное изучение выявило драматические изменения в экспрессии генов и химии пигмента.
«Мы поняли, что у этих клеток есть секретная история, скрывающаяся на виду, — сказал он. — Данио-рерио изучают более 30 лет, но эта трансформация замечена впервые. Это очень удивительное открытие».
Эта уникальная популяция клеток теряет пигмент меланин, меняя цвет с чёрного на белый в течение жизненного цикла отдельной рыбы. Особые клетки находятся на краях плавников, где, по-видимому, служат сигналом для других особей.
Способность развитой клетки напрямую дифференцироваться в другой тип клеток встречается исключительно редко. Обычно такое изменение требует экспериментального вмешательства и возвращения клетки в состояние стволовой в чашке Петри, прежде чем она сможет дифференцироваться во что-то иное.
Новое открытие, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что некоторые развитые клетки могут быть более подвержены изменениям, чем принято считать.
«Долгое время в биологии развития считалось, что клетка, завершив развитие, остаётся такой навсегда, — отметил Паричи. — Мы обнаруживаем, что это не всегда так; существуют редкие популяции клеток, способные измениться даже после первоначального развития. Догма гласит, что такого происходить не должно».
От меланоцитов к новым возможностям
Новые клетки, называемые меланоцитами (схожие с человеческими), изначально содержат меланин, затем теряют его и начинают производить белый пигмент. Эти клетки блокируют молекулярные пути, которые в ином случае позволяли бы им производить меланин, и включают новые гены, необходимые для их нового облика.
Эта способность к изменению делает клетки хорошей моделью для изучения как процесса дифференцировки, так и возможности заставить клетки дифференцироваться во что-то новое, оставаясь в живом организме.
Значение для регенеративной медицины
Открытие может иметь значение для регенеративной медицины, где исследователи хотели бы использовать уже присутствующие в организме клетки для создания замещающих тканей различных типов. Такая возможность могла бы быть полезной при лечении пациентов после инсульта, травмы спинного мозга, инфаркта или других повреждений.
«Понимание того, как можно заставить клетки изменить своё дифференцированное состояние, необходимо для регенеративной медицины, поэтому наличие естественного примера этого у вида очень ценно», — подчеркнул Паричи.
Если учёные поймут, как клетки переходят от чёрного к белому, это поможет лучше понять клетки в целом и, возможно, научиться управлять процессом их перепрограммирования.
Социальное и эволюционное значение
Исследование также показало, что данио-рерио способны распознавать наличие или отсутствие этих трансформирующихся клеток, что влияет на их социальное взаимодействие. Клетки расположены на кончиках плавников, которые расправляются во время социальных взаимодействий, подобно «поднятому флагу». Таким образом, эти чёрные клетки, становящиеся белыми, могут влиять на формирование групп рыб в дикой природе, что имеет последствия для доступа к пище и партнёрам, а также для избегания хищников.
Примечательно, что авторы также обнаружили у данио-рерио дополнительную популяцию белых клеток, образованную другим путём, и что у разных видов рыб эти популяции различаются. Исследование наглядно показывает, как много можно узнать, изучая вопросы на уровнях от генов и клеток до поведения и эволюции.