Ramybės smegenų kamieninės ląstelės beveik nesiskiria nuo normalių astrocitų, kurie palaiko smegenų nervines ląsteles. Kaip beveik identiškos ląstelės gali atlikti tokias skirtingas funkcijas? Svarbiausia yra jų genetinės medžiagos metilinimas, kuris suteikia šiems ypatingiems astrocitams kamieninių ląstelių savybių.
Vokietijos vėžio tyrimų centro (DKFZ) ir Heidelbergo universiteto mokslininkai paskelbė savo išvadas žurnale. Gamta.
Pelėmis tyrėjai parodė, kad eksperimentiškai sukeltas kraujo tiekimo trūkumas smegenyse epigenetiškai perprogramuoja astrocitus į smegenų kamienines ląsteles, kurios savo ruožtu gali sukelti nervų pirmtakų ląsteles. Šis atradimas rodo, kad astrocitai gali būti naudojami regeneracinėje medicinoje, siekiant pakeisti pažeistas nervų ląsteles.
Smegenyse kartu dirba daug skirtingų tipų ląstelių. Žmonėms nervinės ląstelės (neuronai) sudaro mažiau nei pusę ląstelių. Likusieji vadinami „glia”. Dažniausios glijos ląstelės yra astrocitai. Jie aprūpina neuronus maistinėmis medžiagomis, sudaro kraujo ir smegenų barjero dalį, reguliuoja sinapses ir palaiko imunines ląsteles.
Tačiau nedidelė dalis astrocitų gali gaminti nervines ląsteles ir kitų tipų smegenų ląsteles. Todėl šie specialūs astrocitai taip pat žinomi kaip smegenų kamieninės ląstelės. Smegenų kamieninės ląstelės ir paprasti astrocitai beveik nesiskiria savo genų ekspresija, ty savo genų aktyvumu.
„Kaip jie gali atlikti tokias skirtingas funkcijas ir kas sudaro kamieninių ląstelių savybes, anksčiau buvo visiškai neaišku“, – aiškina Ana Martin-Villalba, DKFZ kamieninių ląstelių tyrinėtoja.
Metilinimas yra raktas
Kad išspręstų šį galvosūkį, Martin-Villalba ir Simon Anders (Heidelbergo universitetas) vadovaujamos komandos išskyrė įprastus astrocitus ir smegenų kamienines ląsteles iš vieno iš smegenų regionų, kuriame suaugusioms pelėms vis dar vystosi jauni neuronai, „skilvelinės-subventrikulinės“. zona“ (vSVZ). Tyrėjai analizavo genų ekspresiją atskirų ląstelių lygiu, naudodami mRNR seką, taip pat metilinimo („metilo”) modelius visame genome. Jie naudojo specialiai sukurtą įrankį metilinimo duomenims analizuoti.
DNR metilinimas reiškia cheminius „žymenus“, kuriais ląstelė gali išjungti nepanaudotas savo DNR dalis. Todėl metilinimas yra labai svarbus ląstelių tapatybei.
Šio tyrimo metu kamieninių ląstelių ekspertai pastebėjo, kad smegenų kamieninės ląstelės turi ypatingą DNR metilinimo modelį, kuris išskiria jas iš kitų astrocitų.
„Skirtingai nuo įprastų astrocitų, tam tikri genai yra demetilinami smegenų kamieninėse ląstelėse, kurias kitu atveju naudoja tik nervų pirmtakų ląstelės. Tai leidžia smegenų kamieninėms ląstelėms aktyvuoti šiuos genus, kad pačios gamintų nervines ląsteles”, – aiškina Lukas Kremeris, pirmasis tyrimo autorius. dabartinis leidinys.
Pirmasis autorius Santiago Cerrizuela priduria: „Šis kelias yra uždraustas paprastiems astrocitams, nes reikalingi genai yra blokuojami DNR metilinimo”.
Kraujo tiekimo trūkumas sukelia astrocitų perprogramavimą į kamienines ląsteles ir padidina naujų nervų formavimąsi
Ar metilinimas taip pat galėtų būti naudojamas astrocitams paversti smegenų kamieninėmis ląstelėmis kituose smegenų regionuose, už vSVZ ribų? „Tai būtų svarbus žingsnis regeneracinėje medicinoje, siekiant atkurti pažeistas smegenų sritis“, – sako Ana Martin-Villalba.
Ankstesni tyrimai jau parodė, kad dėl nepakankamo aprūpinimo krauju, pavyzdžiui, smegenų traumų ar insulto atveju, padidėja naujagimių nervinių ląstelių skaičius. Ar pakeisti metilinimo profiliai vaidina svarbų vaidmenį šiame procese?
Norėdami tai ištirti, mokslininkai trumpam nutraukė kraujo tiekimą pelių smegenims. Dėl to astrocitus, turinčius tipišką kamieninių ląstelių metilinimo profilį, galima aptikti net už vSVZ ribų, taip pat padidėjusį nervų pirmtakų ląstelių skaičių.
„Mūsų teorija teigia, kad normalūs astrocitai sveikose smegenyse nesudaro nervinių ląstelių, nes jų metilinimo modelis neleidžia jiems to daryti“, – aiškina tyrimo vadovas Martinas-Villalba. „Metilinimo profilio keitimo metodai gali būti naujas terapinis metodas naujų neuronų generavimui ir nervų ligų gydymui.”
„Matyt, dėl nepakankamo kraujo tiekimo tam tikrose smegenų srityse astrocitai perskirsto metilo žymes ant savo DNR taip, kad jų kamieninių ląstelių programa taptų prieinama. Tada perprogramuotos ląstelės pradeda dalytis ir formuoti pirmtakus naujiems neuronams”, – sakė jis. apibendrina Simonas Andersas.
„Jei geriau suprasime šiuos procesus, ateityje galbūt galėsime specialiai paskatinti naujų neuronų susidarymą. Pavyzdžiui, po insulto galėtume sustiprinti smegenų savigydos galias, kad būtų galima atitaisyti žalą.”
Kodėl atliekant šį tyrimą būtini tyrimai su pelėmis
Insultas ar nelaimingas atsitikimas gali sukelti smegenų pažeidimą, kuris šiuo metu paprastai yra nepataisomas ir dažnai turi dramatiškų pasekmių nukentėjusiems asmenims. Šiuo metu nėra galimybės pakeisti prarastų nervų ląstelių. Šio darbo tikslas – rasti būdų, kaip paskatinti suaugusiųjų smegenų nervų regeneraciją.
Tam reikia giliai suprasti, kaip ir kokiomis aplinkybėmis smegenų kamieninės ląstelės gali būti skatinamos aprūpinti jaunomis nervinėmis ląstelėmis. Norėdami tai padaryti, mokslininkai turi ištirti vystymosi procesus, kurie vyksta tik labai išsivysčiusių žinduolių smegenyse.
Epigenetinis perprogramavimas negali būti stebimas gyvuose gyvūnuose, naudojant vaizdo gavimo metodus, tačiau reikia atlikti tyrimus atskirų ląstelių lygiu. Tyrimai negali būti atliekami su ląstelėmis iš kultivavimo lėkštelės, nes astrocitų metilinimo profilis pasikeičia, kai tik jie patenka į kultūrą, todėl epigenetinio perprogramavimo nebegalima atsekti.