Американські молекулярні біологи навчилися керувати розвитком ембріональних стовбурових клітин за допомогою імпульсів світла, змушуючи їх перетворюватися на нейрони або інші типи «дорослих» клітин у потрібний момент часу. Їх висновки були опубліковані в журналі Cell Systems, і про них коротко розповідає сайт університету Каліфорнії в Сан-Франциско.
Крім цього, Меттью Томпсон (Matthew Tompson) з університету Каліфорнії і його колеги розкрили ще одну цікаву особливість з життя і роботи стовбурових клітин - виявилося, що вони обладнані своєрідним «таймером» і системою фільтрації сигналів, які захищають їх від довільного перетворення на заготовки дорослих тканин через сигнальні молекули, випадково потрапили в їх околиці.
Дане відкриття одночасно дозволяє загадку того, чому стовбурові клітини залишаються стабільними під час розвитку ембріона, незважаючи на «несанкціоновані» спорадичні включення генів зростання, і може допомогти вченим навчитися краще керувати перетворенням їх культур в органи і тканини.
Група Томпсона розкрила все це, експериментуючи з ембріональними стовбуровими клітинами, витягнутими із зародків мишей, чий геном був модифікований таким чином, що один з генів росту в них можна було включити за допомогою імпульсів лазера синього кольору. Цей ген - BRN2 - містить генетичні «інструкції», що включають програму перетворення стовбурових клітин на нейрони і нервову тканину.
Експериментуючи з культурами цих клітин, вчені помітили щось вкрай незвичайне. На їхній подив, клітини реагували на імпульси світла далеко не відразу, а через деякий час. Довжина цієї затримки залежала від сили і тривалості опромінення - якщо клітини «підсвічувалися» недостатньо довго або сильно, то тоді вони взагалі не реагували на команди вчених.
Томпсон і його команда розкрили роботу цього клітинного «секундоміру», використовуючи систему редагування генома CRISPR/Cas9, що набирає популярність. З її допомогою дослідники позначили ген NANOG, головне «гальмо» перетворення стовбурових клітин в інші тканини. До послідовності NANOG приєднали ділянку ДНК, що кодує флюоресцентний білок-мітку. Це дозволило вченим за допомогою мікроскопа стежити за тим, як стовбурова клітина приймає рішення - перетворюватися або не перетворюватися на зрілу клітку, і де в цей момент переважно знаходиться «секундомір».
Як виявилося, nanog дійсно працює «таймером» - при опроміненні клітини світлом його концентрація починає падати, поки вона не досягає критичної позначки, коли запускаються механізми диференціації і стовбурова клітина починає своє перетворення на заданий зрілий тип клітин. Якщо опромінення припиняється, число молекул білка швидко зростає до колишніх рівнів, і програма перетворення на нейрони не запускається.
Томпсон сподівається, що відкриття цієї системи і «підключення» оптичної сигнальної системи до стовбурових клітин допоможе реалізувати його мрію - вирощування тривимірних органів з «супу» стовбурових клітин. Для цього потрібно навчити стовбурові клітини розпізнавати промені світла різних кольорів, кожному з яких буде відповідати програма на перетворення в окремий тип тканини.