Et socialt kontrolsystem garanterer embryonale stamcellerenhed

Et sofistikeret system med "social kontrol", der fungerer mellem naboceller, tillader embryoner at beskytte renheden af ​​deres pluripotente cellepopulation, som er i stand til at generere alt kropsvæv. Dette system virker gennem eliminering af celler, der begynder at differentiere for tidligt, i en proces medieret gennem "cellekonkurrence" baseret på ekspressionsniveauerne af genet Myc. Dette kontrolsystem er vigtigt for pluripotens under udviklingen af ​​pattedyrs embryoner, og er beskrevet for første gang i Udviklingscelle af forskere ved Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).

Når embryoner fra pattedyr ikke indeholder mere end et par dusin celler, nogle af disse celler har kapacitet til at differentiere til alle organismens celletyper. Denne kapacitet er kendt som pluripotens, og studieleder Dr. Miguel Torres forklarede, at på disse tidlige stadier skal embryonet bevare og udvide den pluripotente cellepopulation over en periode på dage for at producere flere tusinde pluripotente celler, nok til at generere en ny individuel organisme. Under denne proces, celler udvikler sig fra en naiv tilstand (mere pluripotent) til en primet tilstand, hvor de har en større tilbøjelighed til at differentiere.

Indtil nu, videnskabsmænd har ikke haft nogen måde at forklare, hvorfor denne udvidelse i antallet af pluripotente celler er ledsaget af den spontane død af et stort antal af de samme celler. Det, man vidste, er, at tilstødende pluripotente celler sammenligner deres niveauer af en faktor kaldet Myc, som styrer cellernes evne til at vokse og formere sig. Celler med mindre Myc end deres naboer dør gennem en proces kendt som cellekonkurrence; imidlertid, det var ukendt, hvorfor den pluripotente cellepopulation i embryonet indeholder celler med forskellige niveauer af Myc.

Til den nye undersøgelse, et multidisciplinært team på CNIC brugte pluripotente celler, hvor niveauerne af Myc afsløres af et fluorescerende signal. Holdet udviklede også et nyt billedanalyseværktøj, der gjorde det muligt for dem at filme grupper af levende pluripotente celler. Ved at spore niveauet af Myc i disse populationer, forskerne var i stand til at observere, hvilke celler der bliver "tabere" i cellekonkurrence og dør, og hvilke der bliver "vindere" og overlever. Det fluorescerende signal tillod også holdet at isolere celler med høje eller lave Myc-niveauer og studere deres egenskaber. Dr. Torres siger, "Undersøgelsen viser, at niveauet af Myc afslører cellens differentieringstilstand; celler med mere Myc er mere naive, med andre ord mere pluripotent, der henviser til, at dem med mindre Myc er mere primede, eller mere differentieret. "

Hvad denne opdagelse antyder er, at den pluripotente stamcellepopulation ikke er ren, på grund af udseendet af primede celler med lavere niveauer af Myc. Interessant nok, når cellerne deler sig, dattercellerne viser en meget stærk tendens til at bevare Myc -niveauet og modercellens differentieringstilstand. Så da forskerholdet blokerede cellekonkurrence, de fandt, at differentierede celler akkumulerede i den pluripotente stamcellepopulation. Med andre ord, den pluripotente stamcellepopulation blev mindre ren, når primede celler ikke kunne elimineres gennem cellekonkurrence.

Forskerne gjorde også følgende fascinerende opdagelse. Når embryoet har akkumuleret nok pluripotente celler til at generere et nyt individ, disse celler skal begynde at differentiere. Forskerholdet fandt ud af, at på dette stadium reducerer hele cellepopulationer deres niveauer af Myc samtidigt, dermed undgås død ved cellekonkurrence og initierer en koordineret differentieringsproces. Konklusionerne fra førsteforfatter Covadonga Díaz-Díaz og kolleger fastslår, at cellekonkurrence baseret på differentielle Myc-niveauer blandt naboceller fungerer som et "socialt kontrolsystem", gennem hvilke embryoner beskytter renheden af ​​den pluripotente stamcellepopulation ved at eliminere celler, der begynder at differentiere for tidligt.

Ifølge forskerne, disse resultater afslører også yin- og yang-virkningen af ​​gener såsom Myc. "Myc's evne til at regulere cellevækst og -proliferation er afgørende for embryonal udvikling, men denne samme kapacitet betyder, at overdreven Myc-ekspression i voksnes celler er en af ​​hovedårsagerne til kræft."