Vědci odkryjí rámec toho, jak kmenové buňky určují, kde by měly tvořit náhradní struktury

СЛУЖЕНИЕ (Červen 2019).

Anonim

Vědci z Institutu Whitehead odhalili rámec pro regeneraci, který může vysvětlit a předpovědět, jak kmenové buňky dospělých, regenerujících tkání určují, kde se vytvoří náhradní struktury.

V článku, který se objevil 15. března v časopise Science, výzkumníci popisují model planární regenerace očí, která se řídí třemi principy fungujícími v kontrastu, které informují o tom, jak se progenitorové buňky chovají v regeneraci. Model vyvolává poziční signály, které vytvářejí škálovatelnou mapu; sebeorganizace, která přitahuje předkové k existujícím strukturám; a progenitorové buňky, které pocházejí z rozptýlené prostorové zóny, spíše než přesné umístění, což umožňuje flexibilitu jejich cesty. Zdá se, že tyto principy diktují, jak se progenitorové buňky rozhodují, kam mají jít během regenerace, aby znovu vytvořily podobu a funkci, a přiblížily nám to pochopení procesu na úrovni systému.

Z předchozí práce vědci věděli, že kmenové buňky pravděpodobně přečtou pokyny od sousedních tkání, aby vedly jejich cestu, a bylo jasné, že tento proces čelí vážným výzvám v regeneraci. "Uvědomili jsme si, že informace o poloze se musí pohybovat, musí se měnit během regenerace, aby se specifikovaly nové chybějící části, které mají být regenerovány." Tato revidovaná informace pak může řídit progenitorové buňky, které se rozhodly vytvořit nové struktury, aby se rozlišovaly na správnou anatomii správné lokality, "říká hlavní redaktorka redakce Petra Reddiena, výzkumného pracovníka ústavu Whitehead, profesor biologie MIT a výzkumného lékaře Howarda Hughesa (HHMI). "Existuje však hádanka, která vyvstává, jelikož poziční informace se mění po úraze během regenerace, existuje nesoulad mezi vzorkem pozičních informací a zbývajícím vzorem anatomie. Kmenové buňky vytvářející určité tkáně rozhodují, kam jít a rozlišovat. Je založeno na anatomii nebo je založeno na pozičních informacích? "A když tyto dvě věci nejsou vyrovnány, jak se rozhodnou?

Reddien a jeho laboratoř strávily více než deset let rozbíjením tajemství regenerace pomocí malého flatworma, nazvaného planarista. Pokud je planaristická hlava amputována nebo je její strana odstraněna, každý kus regeneruje celé zvíře. Abychom pochopili, jak se progenitorové rozhodnout, kam jít v hlučném prostředí regenerace zvířat, vědci použili planární oko, viditelný orgán, který je dostatečně malý, aby byl odstraněn bez vážného zranění a má další výhodu, že má definované molekulární markery progenitorových buněk.

Vědci navrhli jednoduchý experiment, který by vyřešil otázku, jak se předchůdcové rozhodují, kam jít: amputaci hlavy zvířete, poté po třech dnech odeberte z očí jeden z očí. Bylo zjištěno, že progenitorové buňky budou v novém oku v pozici přední (blíže ke špičce) k zbývajícímu oku, spíše než v "správné" poloze určené anatomií, symetrické s aktuálním okem. Pokud se však provádí tentýž experiment, kromě jednoho z očí odebraného z hlavy dříve - ve stejný den jako amputace, spíše než o tři dny později - existuje jiný výsledek: Nové oko je nukleováno v poloze symetrické na zbývající oko, na "správné" pozici podle anatomie, což naznačuje, že když jsou volby protichůdné, zvítězí anatomická samorozpočtová dynamika.

Tato jednoduchá pravidla vedou systém k úspěšné regeneraci a přinášejí také překvapivé výsledky, když je systém posunut do svých hranic, čímž vzniká alternativní stabilní anatomické stavy se zvířaty se třemi, čtyřmi a pěti očima. Přemýšlení obě strany zvířete a amputace hlavy může umístit progenitory dost daleko od existujících, samoorganizujících attraktorů, které jim chybí, což jim umožňuje přitahovat nový atraktor - třetí oko - v úlomcích hlavy. "Jsou-li migrující progenitory příliš blízko pozorovateli, který je stávajícím okem, bude to nasát, stejně jako černá díra, pokud jsou dost daleko, mohou uniknout, " říká Kutay Deniz Atabay, první autor na papíře a absolvent studenta v laboratoři Reddien.

Když vědci provedli stejnou operaci na tříčlenném zvířeti, progenitorové postrádají přitažlivost stávajících očí a vytvářejí zvíře s pěti očima. V každém z těchto případů jsou všechny oči funkčně integrovány do mozku a projevují stejnou odezvu planárního oka na osvětlení. Vědci také poznamenali, že tyto alternativní anatomické stavy přetrvávají a odhalují pravidla pro zachování stávajících a alternativních anatomických struktur. "Tento recept pomáhá poskytnout vysvětlení základního problému regenerace zvířat, což je způsob, jakým migrující předkové dělají volby, které vedou systém k regeneraci a udržování orgánů, " říká Atabay.

"Tyto studie přispívají k navrhovanému rámci pro regeneraci, ve kterém jsou konkurenční síly, sebeorganizace a vnější vztahy vodítka ovlivňující výběr progenitorového cílení v regeneraci a tyto dvě síly společně určují výsledek, " říká Reddien.

menu
menu