Ученые выяснили как клетка «решает», какой ей стать

Исследователи впервые определили, что одним из внутренних факторов, определяющих судьбу клетки, является производство ею липидов — молекул жира.

Кратко о результатах исследований рассказали в статьеPhys.org.

Как клетка «решает», какой клеткой ей стать? Вопрос о «клеточной судьбе» изучается уже несколько десятилетий, особенно в контексте биологии стволовых клеток, но в нашем понимании этого вопросы все еще есть пробелы.

Например, любой многоклеточный организм состоит из разных типов клеток, которые играют определенные роли, и все они работают вместе, чтобы поддерживать организм в целом.

В то же время некоторые типы клеток могут переходить между разными функциями. Хорошим примером являются фибробласты кожи, которые образуют дерму между верхним слоем эпидермиса и нижним слоем жира. Фибробласты могут иметь различную специализацию, помогая восстанавливать раны, реконструировать внеклеточный матрикс или даже вызывать фиброз.

Эта сложная система клеточных судеб привлекла множество исследований, которые в основном были сосредоточены на внешних сигналах от микроокружения клетки. Для сравнения, очень мало исследований было сделано для возможных «внутренних» процессов внутри клетки, которые способствуют ее специализации.

Группа ученых во главе с профессорами Джоэле Ла Манно и Джованни Д'Анджело из EPFL's School of Life Sciences впервые определила, что одним из внутренних факторов, определяющих судьбу клетки, является производство ею липидов — молекул жира. Ученые обнаружили, что главную роль в определении «судьбы» клетки играют молекулы, называемые «сфинголипиды». Названные в честь мифического Сфинкса, они участвуют в межклеточной коммуникации, а также защищают внешнюю поверхность клетки, образуя барьеры на ее мембране.

Разные конфигурации липидов влекут за собой разные реакции клеток на внешние раздражители, которые, собственно, «подталкивают» их к разным клеточным судьбам, даже если клетки изначально были идентичными. Исследователи обнаружили, что можно полностью перепрограммировать судьбу клетки, просто манипулируя составом ее сфинголипидов.

Ученые также определили, что сфинголипиды программируют метаболизм и работу генов фибробластов с помощью сигнального белка FGF2. Эта молекула участвует во многих процессах, таких как эмбриональное развитие, рост клеток, восстановление тканей и даже рост опухолей. Перепрограммировать клетку можно также воздействуя на эту сигнальную систему.

Таким образом, зная точный механизм того, как из стволовых клеток формируются разные «специализированные», можно не только повернуть этот процесс вспять, но и вырастить необходимые ткани: кожи, печени или сетчатки глаза. Это поможет научным исследованиям, а в перспективе — созданию донорских органов.

«Мы обнаружили неожиданную взаимосвязь между липидомами и транскриптомами в отдельных клетках, — пишут авторы, имея в виду полный профиль выработки липидов в клетке. - Ремоделирование липидома может работать как ранний фактор в установлении клеточной идентичности, а отслеживание траекторий метаболизма липидов в отдельных клетках может дать нам информацию о ключевых механизмах принятия решения о клеточной судьбе. Таким образом, это исследование стимулирует новые вопросы о роли липидов в решениях клеточной судьбы и добавляет новый регуляторный компонент к самоорганизации многоклеточных систем».