Этот метод, разработанный в Гарвардском центре исследований мозга, включает в себя кодирование нескольких цветов флуоресцентного белка в ДНК клетки. Когда гены рекомбинируют внутри клетки, клетка вырабатывает цвет, уникальный для ее генетического кода. Для стволовых клеток крови этот цвет становится генетической сигнатурой, передаваемой дочерним клеткам; пурпурные стволовые клетки, например, будут производить только пурпурные клетки крови.
Две независимые исследовательские группы, одна под руководством Дэвида Скэддена, содиректора HSCI, и Джеральда и Дарлин Джордан, профессоров медицины Гарвардского университета, а другая его коллега Леонард Зон, член Исполнительного комитета HSCI и директор программы стволовых клеток в Boston Children’s Больница адаптировала цветовую маркировку к системе крови, чтобы лучше понять, как ведут себя стволовые клетки крови.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Cell Biology, группа исследователей под руководством Скэддена обнаружила, что у мышей отдельные стволовые клетки крови обладают специфическим и ограниченным репертуаром производства крови.
«Мы привыкли думать о стволовых клетках как о материнской клетке, которая дает начало всем этим другим клеткам в системе по мере необходимости», – сказала Вионни Ю, первый автор исследования и на момент исследования доктор сотрудник лаборатории Скаддена.
Но их результаты показывают, что стволовые клетки имеют заранее заданный набор реакций и не могут производить клетки крови любого типа.
При трансплантации в новую среду каждая клетка постоянно вырабатывала не только одни и те же зрелые типы клеток крови, но и одинаковое количество этих клеток.
Кроме того, клоны одинаково реагировали на воспалительный и хемотоксический стресс, что позволяет предположить, что у клеток есть жестко запрограммированная память, определяющая их поведение. Они обнаружили, что эта память была записана в эпигеном стволовых клеток.
По словам Скаддена, стволовые клетки крови могут быть больше похожи на шахматные фигуры с фиксированным способом поведения в системе.
«Когда вы молоды и имеете полный набор шахмат, вы можете создать мощную и многоуровневую защиту от атаки на вашу систему, – сказал Скадден, – но если вы потеряете шахматные фигуры с возрастом или не получите полный набор игроков во время трансплантации костного мозга оставшиеся части могут определить вашу способность защитить себя."
Помимо изучения стволовых клеток крови взрослых мышей, цветовая маркировка также позволяет исследователям исследовать кровеносную систему по мере развития эмбриона рыбок данио.
"Мы много лет работали с Дэвидом Скэдденом в рамках ИСКЧ.
Первоначально мы представили нашу работу на совместной лабораторной встрече и поняли, что можем изучать клоны стволовых клеток с помощью этой многоцветной системы », – сказал Зон, который также является профессором Гарвардского отделения стволовых клеток и регенеративной биологии. «Мы делились идеями и результатами и даже вместе написали грант по этой теме. Замечательно, что изучение клональной динамики у двух разных животных может дать такую дополнительную информацию."
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Cell Biology, группа исследователей во главе с Зоном использовала систему цветовой маркировки, чтобы определить происхождение и количество стволовых клеток, которые способствуют производству крови на протяжении всей жизни.
Примерно через 24-30 часов после оплодотворения десятки стволовых клеток отпочковались с дорсальной стороны аорты. Только двадцать добрались до вторичного участка, прежде чем отправиться в почечный мозг, рыбки данио, эквивалентные человеческому и мышиному костному мозгу.
После трансплантации разноцветного костного мозга рыбам, получившим сублетальные дозы радиации, исследователи обнаружили, что некоторые линии стволовых клеток крови поставляют большую часть крови, чем раньше, и что одни линии могут выжить в более суровых условиях, чем другие.
Знание того, какие клетки отвечают за производство крови, может иметь значение для понимания развития рака крови, объясняет Джонатан Хеннингер, аспирант лаборатории Зона в Бостонской детской больнице и первый автор исследования.
Например, в одной стволовой клетке крови может развиться мутация, которая даст ей конкурентное преимущество, позволив ей захватить систему крови.
«Если эта клетка начнет плохо себя вести, это может привести к заболеваниям крови, таким как миелоидная дисплазия и лейкемия», – сказал Хеннингер.
По словам Хеннингера, исследователи знают, что эти заболевания возникают из-за одной стволовой клетки или последующей клетки-предшественника, но сейчас они изучают популяции стволовых клеток в целом. "Возможность идентифицировать эту единственную клетку, которая пошла наперекосяк, может помочь нам лучше понять эти заболевания."