Клетки гидры на разных стадиях дифференцировки: окрашенные в зеленый — на ранних, в красный — на поздних, в оранжевый — на промежуточных. Цвет определяется экспрессией одного из двух генов, которые активируются в начале или в конце процесса.
Биологи построили карту всех стадий дифференцировки клеток обыкновенной гидры (Hydra vulgaris). Они отследили траектории развития предшественников нейронов, мышц и других клеток и получили подробные сведения об устройстве нервной системы этого организма. Эти данные помогут лучше понять механизмы регенерации различных тканей и эволюцию нервных систем. Статья об исследовании опубликована в Science.
Пресноводное кишечнополостное гидра получило свое название от мифической Лернейской гидры, чьи головы отрастали после того, как их отрубали. Этот полип умеет регенерировать даже лучше своей несуществующей тезки и после разрезания способен отращивать не только верхнюю часть тела, но и нижнюю. Гидра делает это за счет всех трех имеющихся у нее линий стволовых клеток: эктодермальной, энтодермальной и интерстициальной. Более того, и цельные гидры постоянно обновляют свое тело и делают это настолько эффективно, что потенциально бессмертны. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе такой выдающейся способности к восстановлению, во многом неясны.
Ученые из нескольких американских исследовательских организаций во главе с Селиной Джулиано из Калифорнийского университета в Дэвисе секвенировали РНК 24 985 клеток обыкновенной гидры (транскриптом каждой клетки анализировали отдельно). Клетки принадлежали взрослым полипам, которым при жизни не наносили крупных повреждений — то есть регенерация у них шла в обычном, не экстренном режиме. Особое внимание уделили нервной системе.
Исследователи отмечали, какие гены часто экспрессируются одновременно, и на основании этого делили клетки гидры на группы. Также они искали регуляторные последовательности, управляющие экспрессией нескольких генов сразу. Они, предположительно, определяют стадию дифференцировки клеток и в целом траекторию этой дифференцировки (то есть клеткам какого типа даст начало та или иная стволовая).
Группы клеток обыкновенной гидры в соответствии с особенностями экспрессии генов в них
Авторы нашли несколько генов (одни из наиболее важных — Hy-icell1 и HvSoxC), которые помогут в будущем визуализировать интерстициальные стволовые клетки, находящиеся на определенных стадиях дифференцировки, и прицельно изучать молекулярные процессы, сопутствующие дифференцировке, только в них. Также они выяснили, что нейроны и железистые клетки (выделяют пищеварительные ферменты) гидры имеют общего предшественника и он относится к интерстициальным стволовым клеткам. Этот предшественник, в свою очередь, происходит от клетки, дающей начало и предшественникам стрекательных клеток — нематоцитов.
Нейроны обыкновенной гидры, как выяснилось, можно поделить на 12 групп в зависимости от того, какие гены в них экспрессируются. Они также отличаются положением в теле животного. Зная, какие особенности работы генов присущи клеткам каждой группы, исследователи смогут управлять их численностью. А поскольку нервная система кишечнополостных и нервная система человека, вероятно, произошли независимо друг от друга, интересно выделить различия между ними.
Кроме того, авторы работы рассчитывают, что полученные ими данные о молекулярных особенностях каждого пути дифференцировки ускорят детализацию механизмов, лежащих в основе регенерации тканей у гидры. Их можно будет сравнить с тем, что известно о регенерации у людей и у популярного модельного объекта в биологии развития — шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Ее головастики способны заново отрастить хвост, хрусталик или лапу.
Источник: N+1
