У морского анемона обнаружены мультипотентные стволовые клетки

Популяции стволовых клеток в организме животных поддерживают регенерацию и гомеостаз тканей. Как у позвоночных, так и у беспозвоночных герминальные стволовые клетки экспрессируют высококонсервативные РНК-связывающие белки, такие как nanos, vasa и piwi. У некоторых животных с высоким уровнем регенерации эти же гены экспрессируются в соматических стволовых клетках. Этот факт может указывать на общее происхождение соматических и герминальных стволовых клеток.

В типе стрекающих (Cnidaria) стволовые клетки наиболее изучены у пресноводной гидры (класс Hydrozoa). У нее имеется четыре типа стволовых клеток: эктодермальные и энтодермальные эпителиальные стволовые клетки и две родственные популяции интерстициальных стволовых клеток (interstitial stem cells, ISC): одна из них дает начало гаметам, а другая — железистым и слизистым клеткам, книдоцитам и нейронам. Наличие ISC характерно для всех гидроидных, однако остается открытым вопрос, свойственны ли они остальным стрекающим — у других классов стволовые клетки взрослого организма пока не идентифицированы.

Авторы статьи, опубликованной недавно в Science Advances, попытались выявить стволовые клетки у модельного организма Nematostella vectensis, морского анемона (актинии) из класса коралловых полипов (Anthozoa). Анализ проводился не по морфологии клеток, а по экспрессии консервативных молекулярных маркеров — генов piwi, vasa и nanos — характерных для мультипотентных и плюрипотентных стволовых клеток различных животных. У многих видов их экспрессия ограничена клетками зародышевой линии, однако у некоторых других животных, в том числе стрекающих, они экспрессируются также в соматических стволовых клетках.

У N. vectensis ученые обнаружили три гена piwi (один из них псевдоген) и два паралога nanos — nanos1 и nanos2. Ранее было показано, что nanos1 служит маркером нейрональных предшественников, а nanos2 участвует в формировании клеток зародышевой линии, а также ISC у гидроидных. Исследователи сосредоточились на генах piwi1 и nanos2. Чтобы изучить их, они экспрессировали в клетках актиний флуоресцентный репортер mOrange2 (mOr) под контролем соответствующих промоторов.

Экспрессия piwi1::mOr была выявлена в ооцитах, сперматогониях, предполагаемых стволовых клетках зародышевой линии, части клеток нейрогландулярной линии, а также в эндомезодермальном эпителии, окружающем область гонад и глотку. Кроме того, небольшой уровень экспрессии наблюдался и в эктодермальном эпителии стенки тела. Трансген nanos2::mOr экспрессировался во всех клетках нейрогландулярной линии (нервных, стрекательных и железистых), рассеянных по всему телу недифференцированых клетках эктодермы, определенных участках глотки и недифференцированных клетках вдоль париетальных мускулов. Авторы делают вывод, что оба анализируемых гена, вероятно, экспрессируются в популяции клеток-предшественников, от которой происходит линия нейрогландулярных клеток.

Поскольку гены nanos и piwi — консервативные факторы зародышевой линии, исследователи решили подробнее проанализировать их экспрессию в гонадальном регионе. У мужских особей актинии оба гена экспрессировались по внешнему периметру гонад. У женских особей nanos2 экспрессировался только в трофоцитах (вспомогательных клетках), но не в самих ооцитах, а piwi1 наоборот.

Чтобы понять, какую роль играет nanos2 в организме N. vectensis, ученые нокаутировали его с помощью CRISPR-Cas9 и получили животных с генотипом nanos2^−/−. Такие особи не только оказались жизнеспособны, но и не имели явных физиологических или морфологических отличий, за исключением полной стерильности. Более того, у мутантов отсутствовала экспрессия vasa2 — маркера первичных зародышевых клеток. Это говорит о том, что nanos2, как и предполагалось, необходим для формирования стволовых клеток зародышевой линии. То, что его нокаут не повлиял на фенотип соматических клеток, может объясняться избыточностью функции или компенсаторной ролью nanos1.

Секвенирование РНК единичных клеток показало, что экспрессия nanos2, piwi1 и vasa2 коррелирует с экспрессией генов как предполагаемых стволовых клеток, так и первичных клеток зародышевой линии. Последние возникают на границе эктодермального и мезодермального слоя в глотке ювенильных полипов, откуда затем мигрируют в зачатки гонад. У мутантов nanos2^−/− не экспрессировались гены первичных клеток зародышевой линии, однако популяция с маркерами предполагаемых стволовых клеток у них сохранялась.

На основании полученных данных авторы заключают, что экспрессия nanos2 и piwi1 характерна для предполагаемых стволовых клеток в организме Nematostella vectensis. Эти клетки дифференцируются в большинство клеточных типов и дают начало как первичным клеткам зародышевой линии, так и предшественникам нейронов, тем самым напоминая интерстициальные стволовые клетки гидроидных.

Сенесцентные клетки помогают гидрактинии регенерировать