Дифференцировка стволовых клеток быстро становится необратимой

Новое исследование ставит под вопрос традиционные представления о поведении эмбриональных стволовых клеток в процессе дифференцировки в энтодерму (зародышевый листок, из которого развиваются дыхательная и пищеварительная системы).

Используя сложный протокол, разработанный фирмой ViaCyte, Сан-Диего, Гилберт и его коллеги поместили образец эмбриональных СК в среду, содержащую факторы дифференцировки. Это подталкивало клетки к быстрому развитию в сторону энтодермы. Затем клетки отмыли и перенесли в обычную ростовую среду, чтобы вернуть их в эмбриональное состояние.

Исходя из предыдущих исследований, ученые предположили, что клеткам потребуется несколько дней или хотя бы один полный цикл деления, чтобы необратимо встать на путь энтодермальной дифференцировки. Однако уже через 6 часов «купания» в среде с факторами роста клетки полностью и необратимо запускали программу энтодермы. Даже 24 часа инкубации в обычной ростовой среде не вернули культуру в пластичное состояние — клетки сохранили те же паттерны экспрессии, что и контрольные, оставшиеся в ростовой среде с факторами дифференцировки.

«Эта статья бросает вызов старым предположениям о том, что эмбриональные стволовые клетки на ранних стадиях дифференцировки остаются пластичными; — считает Дэвид М. Гилберт, профессор молекулярной биологии кафедры биологических наук Университета штата Флорида. — Мы показали, что человеческие эмбриональные стволовые клетки могут быстро и необратимо запустить программу дифференцировки в энтодерму, например, в клетки печени и поджелудочной железы».

Однако это не единственное укоренившееся утверждение, которому бросает вызов новое исследование. Ученые долго верили, что трехмерная организация хромосом в ядре очень консервативна и тесно ассоциирована с таймингом репликации — с порядком, в котором участки ДНК копируются перед делением клетки. Считалось, что единственный способ изменить трехмерную структуру хромосом — вторжение в ядро клетки в момент, когда хромосомы расходятся по дочерним клеткам. Оказывается, это еще одно заблуждение.

«Мы показали, что архитектуру хромосом можно быстро и локально перестроить без разборки клеточного ядра, все равно что заменять в здании арматуру, не снося его полностью, — утверждает Гилберт, — Именно такие изменения происходят в тот момент, когда СК стимулируют дифференцироваться в энтодерму. То есть репликация и архитектура не всегда идут рука об руку.»

Разделение тайминга репликации и структуры хромосом, а также демонстрация искусственного ремоделирования архитектуры могут помочь уточнить картину поведения эмбриональных СК. Если эти данные удастся использовать, можно будет понять, как и почему стволовые клетки привязаны к своим путям дифференцировки и за счет чего некоторые из них особенно тяжело репрограммировать. Это могло бы помочь создать новый мощный инструмент для лечения многих болезней, воздействуя на механизмы необратимой дифференцировки.