Крошечная гидра, пресноводное беспозвоночное, родственное медузам и кораллам, обладает удивительной способностью обновлять свои клетки и восстанавливать поврежденные ткани. Разрежьте гидру пополам, и она восстановит свое тело и нервную систему за пару дней. Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе проследили судьбу клеток гидры и выяснили, как три линии стволовых клеток становятся нервами, мышцами и другими тканями.
Селина Джулиано, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе, ученый проекта Стефан Зиберт и его коллеги, включая Джеффа Фаррелла, постдокторского исследователя Гарвардского университета, секвенировали транскрипты РНК 25 000 одиночных клеток гидры для следуют генетической траектории почти всех типов дифференцированных клеток.
«Прелесть секвенирования одиночных клеток и то, почему это так важно для биологов развития, заключается в том, что мы можем фактически захватить гены, которые экспрессируются, когда клетки дифференцируются из стволовых клеток в их различные типы клеток», - сказал Джулиано..
Исследование дает специалистам по биологии развития карту трех линий развития стволовых клеток гидры в высоком разрешении. По словам Зиберта, набор данных поможет исследователям понять сети регуляторных генов на ранних этапах эволюции, которые являются общими для многих животных, включая людей. Например, понимание того, как гидра регенерирует всю свою нервную систему, может помочь нам лучше понять нейродегенеративные заболевания у людей.
Регенерирует из трех линий стволовых клеток
Hydra постоянно обновляет свои клетки из трех разных популяций стволовых клеток. Исследователи проанализировали наборы молекул матричной РНК, называемые транскриптомами, из отдельных клеток гидры и сгруппировали клетки на основе экспрессируемых ими генов. Затем они могли бы построить дерево решений, показывающее, как каждая линия стволовых клеток дает начало различным типам клеток и тканей. Например, линия интерстициальных стволовых клеток производит нервные клетки, клетки желез и стрекательные клетки в щупальцах животных.
«Построив дерево решений для интерстициальной линии, мы неожиданно обнаружили доказательства того, что пути дифференцировки нейронов и железистых клеток имеют общее клеточное состояние», - сказал Джулиано. «Таким образом, интерстициальные стволовые клетки, по-видимому, проходят через клеточное состояние, имеющее потенциал как желез, так и нейронов, прежде чем принять окончательное решение».
Молекулярная карта одной клетки также позволила Джулиано и его коллегам идентифицировать гены, которые могут контролировать эти процессы принятия решений, которые будут в центре внимания будущих исследований.
Исследователей особенно интересует способность гидры восстанавливать свою нервную систему, что может помочь в лечении травм или дегенеративных заболеваний у людей.
«Все организмы имеют один и тот же путь реакции на повреждение, но у некоторых организмов, таких как гидра, он приводит к регенерации», - говорит соавтор и аспирант Эбби Примак. «У других организмов, таких как люди, после повреждения головного мозга возникают трудности с восстановлением, потому что мозгу не хватает регенеративных способностей, которые мы наблюдаем у гидры».