Геометрия превращает обычные клетки в стволовые

Физические ограничения заставляют зрелые клетки соединительной ткани впадать в детство.

Стволовые клетки, из которых состоит эмбрион, дают начало всем нашим тканям и органам, а те стволовые клетки, которые сохраняются у взрослого организма, хотя и не обладают «всемогуществом» эмбриональных, все же способны до поры до времени обновлять изнашивающееся тело.

Понятно, почему медики и биологи так активно пытаются выяснить клеточно-стволовые тайны: если бы мы научились управлять такими клетками, то можно было бы по желанию выращивать себе органы взамен заболевших, пресекать в зародыше – в прямом смысле – разные врожденные патологии, наконец, даже замедлять старение.

Самые перспективные в этом смысле именно эмбриональные стволовые клетки, которые не просто могут очень, очень, очень, почти бесконечно долго делиться, но и обладают так называемой плюрипотентностью, то есть из них может получиться клетка абсолютно любого другого типа.

До недавнего времени «всемогущие» стволовые клетки можно было получать только от эмбрионов, и в связи с этим исследователи сталкивались с массой юридических трудностей. Но потом оказалось, что в стволовое состояние можно обращать зрелые, дифференцированные клетки, например, соединительнотканные фибробласты.

Роль фибробластов – синтезировать белки коллаген и эластин, а также другие молекулы, из которых соединительная ткань и состоит. Однако стоит к фибробластам добавить некоторые специальные белки, которые особым образом изменяют активность генов в клетках, как фибробласты в прямом смысле обратятся в детство – они станут бесконечно делиться и их можно будет запрограммировать на превращение, например в мышечные клетки или клетки эпителия кожи. Такие искусственные стволовые клетки называют индуцированными плюрипотентными, и они почти неотличимы от эмбриональных стволовых клеток.

Тем не менее, многие не очень доверяют искусственным стволовым клеткам: с ними легко иметь дело в лаборатории, но есть вероятность, что в живом организме они могут превратиться в злокачественные, и связано это как раз с молекулярным вмешательством в генетическую кухню. Поэтому сейчас разные исследователи ищут способ, как сделать их наиболее безопасными, как научиться превращать зрелые клетки в стволовые так, чтобы по минимуму вторгаться в генетические программы. (Хотя стоит отметить, что многие биологи полагают, будто отличия искусственных стволовых клеток от натуральных совсем невелики.)

Метод, который описывают в журнале PNAS исследователи из Сингапурского национального университета, вообще не требует никакого явного перепрограммирования: авторы работы утверждают, что зрелые клетки могут сами превратиться в стволовые, если их особым образом ограничить в пространстве.

Фибробласты сажали на прямоугольную площадку, на которой они делились, росли и сами становились прямоугольными. Но потом их становилось еще больше, и они, налезая друг на друга, постепенно образовывали клеточный шарик. Когда у клеток в таких шариках проверили генетическую активность, то оказалось, что у них отключались гены, которые обычно работают в зрелых фибробластах, и включались гены, которые обычно работают в плюрипотентных стволовых клетках. И потом такие клетки, росшие на прямоугольных площадках, вполне удалось превратить в клетки другого типа (хотя некоторые снова стали фибробластами).

Будет ли такой геометрический метод достаточно эффективным, чтобы с его помощью получать безопасные стволовые клетки, покажут дальнейшие исследования (на всякий случай еще раз подчеркнем, что в данном случае все обошлось без добавления к клеткам каких-либо специальных молекулярных регуляторов).

Однако полученные результаты лишний раз говорят о том, что когда мы изучаем поведение клеток, необходимо учитывать не только биохимические сигналы, которые они получают из окружающей среды, но и форму этой самой среды – то есть физические ограничения, в которых клеткам приходится существовать.

]По словам авторов работы, механические силы играют большую роль как во время эмбрионального развития, так и, скажем, при заживлении ран: в поврежденном месте клетки оказываются в иной геометрии, что и побуждает их активировать стволовую программу и побыстрее залечить повреждение.

Здесь можно вспомнить, что мы уже как-то писали о роли геометрии в жизни клеток – два года назад в том же PNAS появлялась статья, в которой говорилось, что клетки, когда поглощают частицы из окружающей среды, обращают внимание на форму того, что они едят, предпочитая есть вытянутое и округлое.