Ett sofistikerat system för "social kontroll" som fungerar mellan närliggande celler tillåter embryon att skydda renheten hos deras pluripotenta cellpopulation, som kan generera alla kroppsvävnader. Detta system fungerar genom att eliminera celler som börjar differentiera i förtid, i en process som förmedlas genom "cellkonkurrens" baserad på uttrycksnivåerna för genen Myc. Detta kontrollsystem är viktigt för pluripotens under utvecklingen av däggdjursembryon, och beskrivs för första gången i Utvecklingscell av forskare vid Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC).

När däggdjursembryon inte innehåller mer än några dussin celler, några av dessa celler har kapacitet att differentiera till alla organismens celltyper. Denna kapacitet är känd som pluripotens, och studieledaren Dr. Miguel Torres förklarade att i dessa tidiga stadier måste embryot bevara och expandera den pluripotenta cellpopulationen under en period av dagar för att producera flera tusen pluripotenta celler, tillräckligt för att generera en ny individuell organism. Under denna process, celler går från ett naivt tillstånd (mer pluripotent) till ett primerat tillstånd där de har en större benägenhet att differentiera.

Tills nu, forskare har inte haft något sätt att förklara varför denna expansion av antalet pluripotenta celler åtföljs av den spontana döden av ett stort antal av samma celler. Vad som var känt är att närliggande pluripotenta celler jämför sina nivåer av en faktor som kallas Myc, som styr cellers förmåga att växa och föröka sig. Celler med mindre Myc än sina grannar dör genom en process som kallas cellkonkurrens; dock, det var okänt varför den pluripotenta cellpopulationen i embryot innehåller celler med olika nivåer av Myc.

För den nya studien, ett multidisciplinärt team vid CNIC använde pluripotenta celler där nivåerna av Myc avslöjas av en fluorescerande signal. Teamet utvecklade också ett nytt bildanalysverktyg som gjorde det möjligt för dem att filma grupper av levande pluripotenta celler. Genom att spåra nivån av Myc i dessa populationer, forskarna kunde observera vilka celler som blir "förlorare" i cellkonkurrens och dör, och vilka som blir "vinnare" och överlever. Den fluorescerande signalen gjorde det också möjligt för teamet att isolera celler med höga eller låga Myc-nivåer och studera deras egenskaper. Dr Torres säger, "Studien visar att nivån av Myc avslöjar cellens differentieringstillstånd; celler med mer Myc är mer naiva, med andra ord mer pluripotent, medan de med mindre Myc är mer förberedda, eller mer differentierad."

Vad denna upptäckt antyder är att den pluripotenta stamcellspopulationen inte är ren, på grund av uppkomsten av primade celler med lägre nivåer av Myc. Intressant, när cellerna delar sig, dottercellerna visar en mycket stark tendens att bevara Myc-nivån och modercellens differentieringstillstånd. Så när forskargruppen blockerade cellkonkurrens, de fann att differentierade celler ackumulerades i den pluripotenta stamcellspopulationen. Med andra ord, den pluripotenta stamcellspopulationen blev mindre ren när primade celler inte kunde elimineras genom cellkonkurrens.

Forskarna gjorde också följande fascinerande upptäckt. När embryot har samlat tillräckligt med pluripotenta celler för att generera en ny individ, dessa celler måste börja differentiera sig. Forskargruppen fann att i detta skede minskar hela cellpopulationer sina nivåer av Myc samtidigt, sålunda undviks död genom cellkonkurrens och initierar en samordnad differentieringsprocess. Slutsatserna från första författaren Covadonga Díaz-Díaz och kollegor fastställer att cellkonkurrens baserad på differentiella Myc-nivåer bland närliggande celler fungerar som ett "socialt kontrollsystem", genom vilka embryon skyddar renheten hos den pluripotenta stamcellspopulationen genom att eliminera celler som börjar differentiera i förtid.

Enligt forskarna, dessa resultat avslöjar också yin- och yangverkan av gener som Myc. "Förmågan hos Myc att reglera celltillväxt och proliferation är avgörande för embryonal utveckling, men samma kapacitet betyder att överdrivet Myc-uttryck i vuxnas celler är en av huvudorsakerna till cancer."