Биологи выяснили, как стволовые клетки превращаются в клетки других типов на молекулярном уровне
Международная группа ученых с участием биологов Высшей школы экономики разработала метод, который позволяет получать информацию одновременно об изменении экспрессии и свойств белков при переходе клеток из одного состояния в другое. Благодаря новому методу и разработанному для визуализации изменений веб-инструменту ProteoTracker ученым удалось выяснить молекулярный механизм замедления скорости синтеза белка в стволовых клетках, а также предложить способ поддержания плюрипотентных свойств клеток в условиях in vitro (вне организма).
Работа опубликована в журнале Nature Communications. Способность стволовых клеток к дифференцировке — превращению в другие клетки организма — легла в основу регенеративной медицины и инженерии тканей. Превращение стволовых клеток в клетки другого типа осуществляется за счет глубоких изменений их белкового состава. Поэтому особый интерес для молекулярных биологов представляют химические основы процесса дифференцировки — каким изменениям подвергаются белки, входящие в состав стволовых клеток, и в каких условиях это происходит.
Чтобы понять, что происходит с белками во время превращения стволовой клетки, требуется исследовать различия между белковым составом недифференцированных стволовых клеток и клеток, в которые они превращаются.
Для экспериментов авторы работы получили клеточные культуры разных типов. Ученые перепрограммировали человеческие клетки соединительной ткани (фибробласты) в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, то есть такие клетки, которые способны превращаться в клетки практически любых тканей.
Эти клетки затем превратили в так называемые эмбриоидные тельца, позволяющие смоделировать стадии ранней дифференцировки в процессе эмбриогенеза (развития зародыша организма). Также авторы статьи использовали для сравнения линии опухолевых и эмбриональных стволовых клеток человека.
Чтобы оценить изменения, происходящие в клетках, ученые предложили метод, сочетающий измерение экспрессии белков (то есть количества белков, которое синтезируется в клетке) и анализ изменения интегральной растворимости белков (PISA).
В рамках метода PISA выполняется определенное воздействие на белок — температурное профилирование протеома (TPP, или CETSA-MS). Оно основано на том, что при изменении структуры белка изменяется его термостабильность, то есть устойчивость белка к изменениям температуры.
Исследователи нагревали клетки перечисленных выше типов в узком диапазоне температур, затем клетки разрушали и с помощью масс-спектрометрического анализа получали информацию о белках, оставшихся в растворе, для каждого значения температуры. В результате такого анализа были получены кривые термостабильности для более чем 9000 белков в каждом типе исследуемых клеток. Одновременно с термостабильностью также оценивали экспрессию белков в каждом типе клеток.
Для анализа авторы работы использовали созданный ими инструмент многомерной визуализации ProteoTracker, основанный на диаграммах Sankey. Они отражали изменение свойств каждого белка (стабильность и уровень экспрессии) в процессе дифференцировки. Ученые показали, что термическая стабильность и экспрессия белков меняются при превращении стволовых клеток в соматические.
Это отражает фундаментальные различия в клеточной физиологии и морфологии этих типов клеток. Оказалось, что более 75 процентов исследованных белков существенно различались по экспрессии и термостабильности в плюрипотентных и дифференцированных клетках. В частности, во время превращения стволовых клеток в соматические изменяется экспрессия и стабильность белков, отвечающих за плотность хроматина — вещества, из которого состоят хромосомы.
В процессе превращения стволовой клетки в соматическую в ней изменяется тип метаболизма глюкозы (выработки энергии в клетке). В частности, в стволовой клетке глюкоза подвергается гликолизу —последовательным ферментативным превращениям, не требующим присутствия кислорода, тогда как в соматической клетке — окислительному фосфорилированию в митохондриях, необходимым условием которого является достаточное количество кислорода.
Анализируя, в какой момент в клетках меняется экспрессия соответствующих белков, исследователи выявили, что изменение метаболизма происходит на ранних стадиях дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток, еще до изменения структуры хроматина. Это предполагает, что именно смена типа метаболизма может запустить последующие изменения в структуре хроматина в процессе дифференцировки.
Ранее также отмечалось, что соматические стволовые клетки характеризуются низкой скоростью синтеза белка в клетке и увеличением ее при дифференцировке. Это позволяло предполагать, что снижение скорости синтеза белка важно для поддержания стволовых свойств клеток. Однако механизм такой регуляции скорости был неясен. В своем исследовании ученые показали, что плюрипотентные стволовые клетки обладают более низким содержанием зрелых рибосом, чем дифференцированные клетки. Это обуславливается низким уровнем экспрессии белка SBDS, отвечающего за созревание рибосом.
«Таким образом, низкий уровень экспрессии белка SBDS позволяет клеткам поддерживать стволовые свойства, тогда как увеличение его экспрессии способствует дифференцировке — превращению в другие клетки, — поясняет заведующая Лабораторией микрофизиологических систем НИУ ВШЭ Диана Мальцева. — Кроме того, подавление экспрессии или активности белка SBDS может оказаться универсальным подходом для поддержания стволовых клеток в условиях in vitro».
Полученные в работе данные также помогают лучше понять природу дефектов развития, вызванных синдромом Швахмана — Даймонда, генетическим заболеванием, связанным с мутацией белка SBDS. Предложенная методика может найти широкое применение в клеточной биологии, в исследованиях, связанных с регенеративной медициной. В частности, она может быть полезна как для поиска оптимальных условий культивирования различных клеток и разработки протоколов дифференцировки стволовых клеток, так и для глубокого изучения функций отдельных белков.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно