Стволовые клетки универсальны и могут дифференцироваться в любую ткань. Они обладают большим потенциалом для регенеративной медицины, поэтому подлежат интенсивному изучению. Планарии, маленькие свободноживущие плоские черви, особенно интересны для исследователей из-за их замечательной способности регенерировать любую потерянную часть тела с помощью множества стволовых клеток.
Специфическая активация определенных генов отвечает за особые способности стволовых клеток.
Гены транскрибируются в временный формат РНК, который, в свою очередь, служит планом для белков. Кроме того, РНК обычно обрабатывается с помощью механизма, называемого «сплайсинг»: участки РНК рекомбинируются заново, и так называемые «интронные» последовательности вырезаются из РНК, в то время как «экзонные» последовательности сохраняются.
Если есть выбор разных версий экзонов, клетка может целенаправленно выбирать из них. Этот «альтернативный сплайсинг» может привести к созданию разных версий одного белка с разными свойствами.
До сих пор не было известно, контролирует ли альтернативный сплайсинг свойства стволовых клеток у планарий. Чтобы узнать больше об этом процессе, научный сотрудник доктор. Хорди Солана, который работает в лаборатории профессора. Николаус Раевски из Берлинского института медицинской системной биологии (BIMSB), входящего в состав MDC, в сотрудничестве с доктором.
Мануэль Иримиа из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне и команда профессора. Бенджамин Дж. Бленкоу из Университета Торонто. Исследователи недавно опубликовали свои выводы в научном журнале eLife.
Солана интересуется биологией стволовых клеток планарии Schmidtea mediterranea. Он работает в команде Николауса Раевски, которая известна своим опытом в системной биологии и использует плоских червей в качестве модельных организмов. В этом проекте он объединил усилия с Иримией, которая специализируется на сплайсинге РНК. «На уровне детализации, не имеющем аналогов до сих пор, мы проанализировали, какие гены транскрибируются в зрелых клетках или стволовых клетках плоских червей, а затем обрабатываются альтернативным сплайсингом», – заявили исследователи.
Исследователи определили процессы сплайсинга, которые действуют только в стволовых клетках червей, и определили многочисленные альтернативные экзоны, ответственные за варианты белков, специфичных для стволовых клеток. Удивительно, но интроны часто не удалялись из РНК, а это означало, что больше не могло образоваться функционирующие белки. Исследователи также обнаружили небольшие фрагменты экзонов – «микро экзоны» – в полностью развитых клетках.
В последующих экспериментах ученые отключили белки, контролирующие альтернативный сплайсинг. Одним из этих белков является MBNL, который подавляет производство вариантов белков, специфичных для стволовых клеток. Они также обнаружили, что белок CELF противодействует MBNL, стимулируя производство этих вариантов. В процессе развития от стволовой клетки к тканевой клетке два фактора конкурировали за преобладание.
Это взаимодействие между MBNL и CELF ранее было описано только в клетках млекопитающих.
«В нашем исследовании мы выявили новые механизмы, о которых мы не знали из обычных исследований стволовых клеток млекопитающих. Обладая этими знаниями, теперь мы можем целенаправленно искать те же процессы в клетках человека », – говорит Солана.
Руководитель группы Проф.
Николаус Раевски, специалист по системной биологии РНК, говорит: «Мне было особенно интересно то, что невозможно понять, как MBNL, не зная о функции CELF. Возможно, другие факторы сращивания конкурируют или взаимодействуют аналогичным образом."
Работа ученых также поднимает фундаментальные вопросы о функции стволовых клеток у животных. Солана: «Найти антагонизм между MBNL и CELF у плоских червей интересно с точки зрения эволюционного биолога.
Впервые описаны механизмы в стволовых клетках организмов из чрезвычайно далеких ветвей эволюционного древа. То, что мы обнаружили, вероятно, является фундаментальным процессом во всем животном мире."