Эта схема среди прочего может дать возможность с помощью генетических методов предотвращать связанные с такими клетками болезни, например мышечные дистрофии.
Микроскопические изображения показывают экспрессию генов в мышечных стволовых клетках и клетках-предшественниках по мере их созревания с раннего развития до зрелого возраста (слева направо). В рамках этого процесса клетки переключаются с активной экспрессии одного ключевого гена (зеленый) на другой (фиолетовый); это сопровождается ростом мышечных волокон (красный) /© Broad Stem Cell Research Center
Ученые из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе создали первую «дорожную карту» развития человеческих скелетных мышц, включая формирование мышечных стволовых клеток. Благодаря новым данным, в перспективе возможно выработать более совершенные методы создания мышечных клеток из стволовых, что важно для возможностей лечения некоторых тяжелых заболеваний. Статья об этом опубликована в журнале Cell Stem Cell.
Авторы работы идентифицировали различные типы клеток, присутствующих в тканях скелетных мышц, от раннего эмбрионального развития до зрелого возраста. Сосредоточившись на мышечных клетках-предшественниках, которые способствуют образованию мышц еще до рождения, и мышечных стволовых клетках, которые ответственны за формирование мышц после рождения, а также регенерацию их после травм на протяжении всей жизни, группа смогла картировать включения и выключения генов по мере созревания клеток.
Новая «дорожная карта» важна для исследователей, которые стремятся разработать мышечные стволовые клетки в лаборатории: они нужны в регенеративной клеточной терапии для лечения разрушительных мышечных заболеваний, таких как мышечные дистрофии и саркопения, а также возрастную потерю мышечной массы и силы. Подобные состояния обусловлены неправильной работой мышечных стволовых клеток, а карта, по словам Эйприл Пайл, старшего автора статьи, идентифицирует точные генные сети.
Ученые уже могут генерировать клетки скелетных мышц из плюрипотентных стволовых клеток человека, которые способны к самообновлению и трансформации в любой другой тип. Однако до сих пор у них не было возможности определить, где именно происходят сбои в развитии этих клеток.
«Мы знали, что мышечные клетки, которые мы делали в лаборатории, были не настолько функциональными, как полностью зрелые мышечные стволовые клетки, обнаруживаемые у людей, — поясняет Хайбинь Си, первый автор новой статьи. — Таким образом, мы решили создать эту карту в качестве эталона, которую наша лаборатория и другие могут использовать для сравнения генетических сигнатур клеток, которые мы создаем, с сигнатурами реальной человеческой скелетной мышечной ткани».
Авторы собрали специфические данные о двух разных группах клеток скелетных мышц: взятых с человеческого тела начиная с пятой недели эмбрионального развития до среднего возраста и взятых из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, которые исследователи создали в лабораториях. Затем они сравнили генетические признаки клеток из обоих источников.
Специалисты провели высокопроизводительное капельное секвенирование РНК: такая технология позволяет идентифицировать генные сети, присутствующие в одной клетке, и может обрабатывать данные по тысячам клеток одновременно. С его помощью группа определила генетические признаки различных типов клеток из тканей человека и плюрипотентных стволовых клеток.
Посредством специально созданных вычислительных алгоритмов авторы смогли выявить специфические генные сети, связанные с каждой стадией развития. Это позволило сопоставить генетические признаки, обнаруженные в плюрипотентных мышечных клетках, полученных из стволовых, с их соответствующими местоположениями на карте развития мышц человека.
Оказалось, те мышечные клетки, которые получались из плюрипотентных стволовых, вне зависимости от метода их получения, напоминали мышечные клетки-предшественники в раннем состоянии развития и не выравнивались со временем с взрослыми мышечными стволовыми клетками.
В дополнение к определению истинной зрелости лабораторно произведенных клеток этот анализ предоставил подробную информацию о других типах клеток, присутствующих в тканях скелетных мышц в процессе развития и популяциях, полученных из плюрипотентных стволовых клеток человека. Эти клетки могут играть существенную роль в созревании мышечных клеток и иметь решающее значение для улучшения методов генерирования и поддержки мышечных стволовых клеток «в пробирке».
«Мы обнаружили, что некоторые методы генерирования мышечных клеток в пробирке также дают уникальные типы клеток, которые, вероятно, поддерживают мышечные клетки, — говорит Пайл. — Итак, теперь наши вопросы таковы: что делают эти клетки? Могут ли они быть ключом к производству и поддержке зрелых и функциональных мышечных стволовых клеток в пробирке?»
Двигаясь вперед, Пайл и ее коллеги сосредоточатся на использовании этого нового ресурса для разработки более совершенных методов получения мышечных стволовых клеток из плюрипотентных стволовых клеток человека в лаборатории. Она надеется, что, концентрируясь на сетях экспрессии генов, связанных со стволовыми клетками, и на идентифицированных ими поддерживающих типах клеток, можно продуцировать мощные мышечные стволовые клетки, которые будут полезны для будущей регенеративной терапии.
