Ученые отследили пути созревания стволовых клеток с помощью одноклеточного РНК-секвенирования

Взрослые стволовые клетки способны превращаться во многие типы клеток, но отследить путь отдельных стволовых клеток по мере их созревания и определить молекулы, запускающие эти изменения, в живом организме сложно.

Нейробиологи из Калифорнийского университета в Беркли объединили новые методы секвенирования РНК в отдельных клетках с детальным статистическим анализом, чтобы легче отслеживать отдельные стволовые клетки в носу. Это открывает возможности для восстановления обоняния у людей, которые его потеряли.

Результаты опубликованы на этой неделе в журнале Cell Stem Cell.

Задача стволовой клетки двояка: заменять зрелые клетки, которые теряются со временем, и заменять самих себя, чтобы процесс продолжался всю жизнь животного, — сказал старший автор работы Джон Нгай. — Мы приближаемся к пониманию того, как из обонятельных стволовых клеток генерируются зрелые сенсорные нейроны. Это понимание — ключ к возможной терапии стволовыми клетками для восстановления функции.

Около четверти людей старше 50 лет имеют потерю обоняния, но у врачей мало понимания причин и нет методов лечения для большинства случаев.

Некоторые случаи аносмии связаны с травмой, и с этим обычно мало что можно сделать. Но некоторые связаны с возрастом или возникают по неизвестным причинам. В случае возрастной аносмии это может быть связано с тем, что стволовые клетки просто не выполняют свою работу по замене естественно теряемых со временем клеток. Одна из идей — если бы мы могли использовать стволовые клетки в носу людей, теряющих обоняние, мы могли бы найти способ восстановить функцию, заставив их регенерировать утраченные клетки.

Отслеживание клеточной судьбы

Группа Нгая работает со взрослыми обонятельными стволовыми клетками, которые дают начало нейронам, чувствующим запахи, и другим клеткам, например, сустентакулярным (опорным) клеткам.

Новая техника секвенирования РНК в одной клетке стала революционной, позволяя исследователям отслеживать, какие стволовые клетки в плотной ткани специализируются, на основе присутствующей в клетке mRNA, которая указывает на экспрессию генов.

Группа Нгая объединилась со статистиками и компьютерными учеными из UC Berkeley, чтобы разработать способ анализа экспериментальных данных и идентификации клеток со схожими профилями РНК, что указывает на определенные типы клеток и стадии развития.

В результате команда смогла проследить пути, по которым клетки превращаются в сустентакулярные клетки (что, по-видимому, является судьбой по умолчанию для обонятельных стволовых клеток), а также в нейроны и другие типы клеток. Они также смогли идентифицировать сигнальный путь, известный как "Wnt", который запускает превращение обонятельной стволовой клетки в сенсорный нейрон.

Нгай подчеркивает, что непосредственные последствия работы ограничены моделями животных, которые закладывают основу для решения проблемы человеческой аносмии.

Но с этой информацией у нас теперь есть окно в то, что контролирует процесс, и, следовательно, возможность манипулировать этим процессом или использовать его для стимуляции регенерации. Например, существует много работы по сигнальным путям Wnt, поэтому есть много низкомолекулярных препаратов, которые можно было бы протестировать, чтобы запустить созревание стволовой клетки в нейрон.

Разработанные командой методы секвенирования и статистического анализа также могут быть использованы другими исследователями, изучающими регуляцию стволовых клеток в других тканях, системах органов или организмах.