У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками — Naked Science
12 минут
ФизТех

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками

4.1

Разработан новый способ повышения точности и скорости анализа деления стволовых клеток.

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками / ©Пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ, Университета Стоуни-Брука (США), Лаборатории Колд Спринг Харбор (США) и Института биологии развития им. Кольцова РАН (часть работы проводилась на базе Курчатовского института) научились помечать делящиеся стволовые клетки тремя разными метками — до этого можно было одновременно использовать максимум две метки. Новый способ повысит точность и скорость анализа деления стволовых клеток. В статье, опубликованной в Stem Cell Reports, исследователи продемонстрировали, что с помощью тройной метки можно изучать размножение стволовых клеток в разных тканях.

«Реинкарнация» клеток

Во многих тканях и органах обнаружены стволовые клетки, которые обеспечивают восстановление тканей. Даже во взрослом мозге, вопреки расхожему заявлению, что нервные клетки не восстанавливаются, есть области, где происходит так называемый нейрогенез — развитие новых нейронов. Считается, что нейрогенез играет важную роль в обучении и памяти, реакции на стресс и регенерации поврежденной нервной ткани. Обычно регенерация тканей происходит следующим образом: стволовые клетки делятся, часть из них продолжает делиться, возобновляя запас стволовых клеток, а часть — дает начало новым взрослым клеткам. В разных тканях этот процесс протекает по-разному, задача ученых — выяснить, как именно он протекает и как на это могут повлиять разные факторы. Чтобы узнать, сколько делений проходят стволовые клетки в той или иной ткани, какова длина клеточного цикла, куда перемещаются новорожденные клетки и во что они превращаются, нужен способ за ними наблюдать.

Цикл клетки. Во время фазы G1 происходит подготовка к делению, содержимое клетки, кроме ДНК, удваивается. Во время фазы S с ДНК «снимается копия» — молекулярная машинерия строит дочернюю ДНК по образу и подобию ДНК клетки. G2 — конечный этап подготовки к делению, то есть к митозу (М). Во время фазы G1 клетка может сойти с цикла и перейти в фазу покоя G0, то есть перестать делиться.
Цикл клетки. Во время фазы G1 происходит подготовка к делению, содержимое клетки, кроме ДНК, удваивается. Во время фазы S с ДНК «снимается копия» — молекулярная машинерия строит дочернюю ДНК по образу и подобию ДНК клетки. G2 — конечный этап подготовки к делению, то есть к митозу (М). Во время фазы G1 клетка может сойти с цикла и перейти в фазу покоя G0, то есть перестать делиться.

Нечерная метка

Когда в делящейся клетке происходит удвоение ДНК, можно обмануть систему и подсунуть ей меченый «кирпичик» для дочерней ДНК. Для этого в организм вводят аналог тимидина, одного из четырех составляющих, из которых состоит ДНК, и этот аналог встраивается в дочернюю ДНК вместо тимидина. Остальные «кирпичики» участвуют во многих других реакциях в клетке, поэтому для того, чтобы пометить только новосинтезированую ДНК, используют аналоги именно тимидина. В момент введения аналога тимидина помечаются только те клетки, которые находятся в S-фазе клеточного цикла, потому что именно во время этой фазы происходит удвоение ДНК. Причем когда помеченная клетка поделится и даст потомство, оно тоже будет помечено. Далее ученые могут взять ткань на анализ и обнаружить метки с помощью флуоресцентных антител.

Антитела — это белки, которые вырабатываются клетками иммунной системы, распознают чуждые организму молекулы и садятся на них. Антитела избирательно связываются со своими мишенями, и это свойство широко используется в биологии и медицине. Так, с помощью флуоресцентных производных антител можно распознавать определенные компоненты внутри организмов.

Таким образом, можно проследить за судьбой клеток, которые во время вкалывания метки были в S-фазе. В принципе, это можно сделать с помощью одной метки на нескольких группах мышей. Например, первую группу взять на анализ через 2 часа после ввода метки, вторую — через 24, третью — через 48 часов, а затем увидеть, где оказались меченые клетки и понять, как они перемещались. Однако в таком случае нужно слишком много мышей, да и точность страдает: мы следим за клетками не в одном организме. Если есть несколько разных меток, то можно ввести их в разные промежутки времени в одно животное. До настоящего момента ученым было доступно максимум двойное мечение. Но чтобы определить самые важные параметры с помощью двойной метки, все равно требуется много времени и несколько групп животных.

У ученых появился «третий глаз» для наблюдения за стволовыми клетками
Фото кишечника: голубым окрашена первая метка; зеленым — метка, введенная через 24 часа после первой; красным — через 24 часа после второй; белые клетки — это клетки в любой фазе цикла, кроме G0 (т. е. клетки, участвующие в делении)

Сила трех

Метки, в качестве которых используются аналоги тимидина, распознаются с помощью антител. Но антитела неидеальны и могут связываться не только со «своей» мишенью, но и с похожей. Если одни и те же антитела садятся и на одну, и на другую метку, то их невозможно будет различить. Из-за того, что аналоги тимидина похожи и в большинстве случаев антитела их путают, до недавнего времени можно было использовать только две метки. Не так давно появился новый аналог тимидина, который можно выявлять не антителами, а с помощью так называемой клик-химии, когда присоединение флуоресцентного красителя происходит путем химической реакции. Проблема этого красителя была в том, что при тройном маркировании он оставлял «непрокрашенные» области, на которые садились антитела против двух других меток, в результате чего метки нельзя было различить. Однако ученые нашли способ закупорить эти области — с помощью родственного к красителю, но бесцветного вещества.

Ученые испробовали метод тройного мечения на стволовых клетках мозга, кишечника и семенников. Наиболее наглядный результат получился на кишечнике: метки, введенные в разное время, распределились в соответствии с известными данными о перемещении клеток в кишечнике. Кроме того, с помощью тройной метки получилось с высокой точностью определить новые важные параметры нейрогенеза. Таким образом, авторы статьи разработали инструмент для исследования стволовых клеток в любой ткани, который превосходит предыдущий по точности, ускоряет и облегчает получение результата.

Олег Подгорный, старший научный сотрудник лаборатории стволовых клеток мозга МФТИ и один из авторов статьи:

«Мы сейчас широко используем тройную метку в анализе нейрогенеза мышей при различных воздействиях: радиационном воздействии, диете, применении различных лекарств, в том числе и противоопухолевой терапии. Кроме того, мы применяем эту технологию для того, чтобы проверить, как влияют на нейрогенез те вещества, которые используются для лечения болезни Альцгеймера и других заболеваний нервной системы. При болезни Альцгеймера у человека снижаются когнитивные способности и память, и на сегодняшний день накопилось достаточно много данных, свидетельствующих о том, что нейрогенез очень важен для осуществления этих функций мозга».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
10 часов назад
4 минуты
Ольга Иванова

NASA смоделировало ситуацию, при которой нашей планете угрожает крупное небесное тело, и выяснило, как много времени понадобится землянам, чтобы предотвратить катастрофу. Спойлер: мы все умрем.

Позавчера, 09:30
9 минут
РНФ

Российские химики получили наноконтейнеры для лекарств из металлоорганического материала на основе циркония и терефталевой кислоты. Они могут долго удерживать препарат благодаря оптимальному размеру и пористости, а также нетоксичны. Свою разработку исследователи успешно протестировали на культуре клеток с применением лейцина — аминокислоты, которая не синтезируется в клетках животных и должна поступать извне.

12 мая
5 минут
Илья Ведмеденко

Токио хочет к 2030 году получить ракету-носитель с возвращаемой ступенью. Она может быть похожей на знаменитую Falcon 9 от SpaceX.

11 мая
11 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали, что РНК коронавируса SARS-CoV-2 проходит через обратную транскрипцию, встраивается в геном инфицированной клетки и экспрессируется в виде «химерных» транскриптов, сливающихся с вирусными с клеточными последовательностями.

8 мая
37 минут
Александр Березин

Филипп Мандей основал целое направление исследований: он первым установил, что закисление океанов — последствие глобального потепления — угрожает обонянию и умению ориентироваться у морских рыб. Само собой, это создает угрозу их вымирания. Долго оставалось загадкой только одно: как существующие виды рыб перенесли серьезное закисление океана при прошлых изменениях климата. Теперь все проясняется: похоже, Мандей обнаружил эффект, которого никогда не было. Интересно, что вместе с ним его наблюдали еще 179 ученых — и теперь все они оказались в центре чудовищного скандала. Попробуем разобраться в деталях.

12 мая
7 минут
Мария Азарова

Исследователи впервые показали присутствие коронавируса в ткани полового члена спустя как минимум полгода с момента заражения. Судя по всему, распространенная у пациентов с Covid-19 дисфункция эндотелиальных клеток может приводить и к развитию импотенции.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: