Когда мышца растет или заживает мышечная травма, некоторые стволовые клетки превращаются в новые мышечные клетки. Исследовательская группа из MDC под руководством Кармен Бирчмайер описала в журнале Genes & Развитие того, как этот процесс регулируется двумя белками, производящимися колебательным образом.
Мышечные стволовые клетки должны быть готовы к действию в любое время: когда мышца травмируется, например, во время занятий спортом, они обязаны как можно быстрее развить новые мышечные клетки. Когда мышца растет, потому что ее владелец все еще растет или начал больше заниматься спортом, также требуется преобразование стволовых клеток.
"Однако в то же время в организме должен быть механизм, предотвращающий неконтролируемую дифференцировку стволовых клеток, потому что в противном случае запасы этих клеток в мышцах были бы быстро истощены," говорит профессор Кармен Бирчмайер, руководитель исследовательской группы по биологии развития / передаче сигналов в Центре молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Ассоциации Гельмгольца (MDC).
Ранее было известно, что колебания возникают только в стволовых клетках головного мозга
Бирчмайер объединился с коллегами из Берлина, Кельна, Лондона, Парижа и Киото над экспериментами на мышах, которые исследовали, как работает этот механизм. Группа исследователей сообщила в журнале Genes & Обнаружение того, что белки MyoD и Hes1 регулируют дифференцировку мышечных клеток. Они продуцируются в стволовых клетках колебательным образом – i.е., есть периодические колебания количества производимых клеток.
"Это наблюдение, прежде всего, само по себе удивительно," говорит Бирчмайер, "потому что никто до нас не обнаружил колебания белков в мышцах." Подобный феномен ранее наблюдался только в стволовых клетках головного мозга. Исследователь MDC надеется, что ее исследования однажды приведут к более эффективному лечению мышечных дистрофий и саркопении, синдрома, характеризующегося прогрессирующей потерей мышечной массы с возрастом.
Производство запускается на полную мощность каждые два-три часа
"В наших экспериментах мы начали с подключения Hes1 и MyoD к люминесцентным белкам – i.е., светоизлучающие – белки, чтобы мы могли лучше отслеживать их развитие," объясняет доктор. Инес Лахманн, ведущий автор исследования и член исследовательской группы Бирчмайера. Затем команда смогла наблюдать – в изолированных клетках, в мышечной ткани и у живых животных – что белок Hes1, который является частью сигнального пути Notch, вырабатывается колебательным образом.
"Производство достигает пика каждые два-три часа, а затем снова снижается," сообщает Лахманн, добавляя, что они столкнулись с тем же феноменом в белке MyoD. "Пока количество MyoD в стволовых клетках периодически колеблется, клетки растут и делятся, таким образом обновляясь," говорит Лахманн. Это, по ее словам, гарантирует, что в мышцах всегда будет достаточный запас стволовых клеток.
Стабильное производство белка имеет решающее значение для дифференциации
Когда мышечная стволовая клетка начинает дифференцироваться и превращаться в мышечную клетку, одним из результатов является образование длинных мышечных волокон. Это происходит, например, когда мышца растет в молодом организме или когда она пытается восстановить себя после травмы. "Каждый раз, когда мы наблюдали это превращение клеток под микроскопом, мы ранее замечали, что колебания прекратились и MyoD стабильно экспрессировался – независимо от того, смотрели ли мы на новорожденных или взрослых животных," сообщает Birchmeier.
Затем ее команда полностью отключила ген Hes1, чтобы белок больше не производился в стволовых клетках. Исследователи также провели этот эксперимент как на клетках, так и на живых животных. "Отсутствие Hes1 привело к тому, что MyoD больше не вырабатывался осциллирующим образом, а, скорее, в стабильном образце. В результате все стволовые клетки начали дифференцироваться," говорит Бирчмайер.
Цель – новые методы лечения пациентов с мышечными расстройствами
"Наши эксперименты показывают, что когда дело доходит до дифференцировки стволовых клеток и, вероятно, многих других клеточных процессов, гены не просто включаются или выключаются – и что мы все еще далеки от понимания всех событий, которые происходят, когда мы используем генетические уловки, чтобы точно действовать. что," Бирчмайер подчеркнул.
Затем она и ее команда хотят изучить, почему колебания MyoD приводят к дифференцировке стволовых клеток, не происходящей в мышцах, и почему для запуска этого процесса необходимо стабильное производство белка. "Как только мы лучше поймем весь процесс," говорит исследователь, "мы сможем лучше помочь людям с мышечными расстройствами, у которых нарушена естественная способность к регенерации мышц."