Forskere afslører, hvordan stamceller træffer beslutninger

Embryonale stamceller har den bemærkelsesværdige evne til at udvikle sig til enhver type celle. På vej til at blive for eksempel en lever eller en hjertecelle, de skal gentagne gange vælge mellem alternative udviklingsveje. Hvordan de træffer disse beslutninger er stort set ukendt. Et internationalt hold af biofysikere har nu kortlagt beslutningsprocessen i hidtil uset detaljer, ser cellerne, mens de beslutter sig. Udgivelse i Naturkommunikation den 23. oktober.

Embryonale stamceller rummer et enormt potentiale til medicinske anvendelser, som reparation af sygt væv eller personlig lægemiddelscreening. Disse applikationer kræver, at stamceller transformeres til præcist definerede modne celletyper, hvilket fortsat er udfordrende. Oftere end ikke, en population af stamceller vil vokse til forskellige slags celler, som hæmmer biomedicinske anvendelser. For eksempel, et assay, der tester levertoksicitet, bør ikke indeholde nyreceller. For bedre at forstå og kontrollere modningsprocessen, et hold videnskabsmænd fra Leiden, Utrecht og Boston kortlagde vejen fra stamcelle til modne celletyper, en celle ad gangen.

RNA-sekventering

Leiden-fysiker Stefan Semrau og kolleger anvendte en revolutionerende ny metode til embryonale stamceller:enkeltcellet RNA-sekventering. Denne teknik har evnen til at måle mængden og sekvensen af ​​alle RNA-molekyler i individuelle celler. Sammensætningen af ​​RNA-molekyler er karakteristisk for en bestemt celletype - et genetisk visitkort. Gener, der er vigtige i en bestemt celletype, vil være repræsenteret af mange RNA-molekyler, mens andre gener er inaktive.

Ved hjælp af RNA-sekventering fandt holdet et indviklet dynamisk mønster. Da de behandlede stamceller med retinsyre - et vigtigt signalmolekyle - reagerede alle stamceller oprindeligt på samme måde. Efter 24 timer, imidlertid, cellepopulationen delte sig op i to grupper, der varede indtil slutningen af ​​4-dages eksperimentet. Med andre ord, stamcellerne bestemte mellem to alternative celletyper. Forsøget afslørede hvilke proteiner der er involveret i denne proces, som vil hjælpe med at forstå cellulær beslutningstagning på molekylært niveau.

Det nye sekventeringsstudie er også et vigtigt skridt i retning af at forstå embryonal udvikling. Dette skyldes, at opsplitning af en oprindeligt homogen population er den grundlæggende proces, hvorved alle celletyper i vores krop skabes fra en enkelt, befrugtet æg.