Planära maskar är fulla av gröna stamceller, som delar sig för att producera dotterceller (magenta) som tillsammans kan göra och ersätta alla olika typer av celler i kroppen (blå). (Bilden i mitten) Genom att använda riktade röntgenstrålar kan delande stamceller specifikt raderas och lämna efter sig en remsa av stamceller i mitten av kroppen. (Höger) Att inducera ett sår i spetsen av huvudet är tillräckligt för att trigga stamceller att migrera mot såret så att processen med cellmigration kan studeras. Kredit:Prasad Abnave
En ny studie utförd av University of Oxford har använt platta maskar för att titta på rollen som migrerande stamceller i cancer.
Forskare från Aboobaker -labbet vid Zoologiska institutionen har utnyttjat den maskart som är full av stamceller. maskarna, även känd som planarians, är kända för sin förmåga att regenerera alla sina vävnader och organ upprepade gånger. Denna process kräver aktiviteten hos deras stamceller som hela tiden delar sig för att göra alla nya celler.
Cellmigration - eller rörelse av celler från en del av kroppen till en annan - är en nyckelfunktion för celler i våra kroppar. Nya stamceller krävs ständigt för att upprätthålla vävnads- och organfunktioner, och de förväntas migrera dit de behövs. Dock, kontroll av dessa rörelser kan misslyckas, och cancer kan bildas när dessa celler migrerar till platser som de inte ska vara.
Genom att förstå hur stamceller är programmerade att röra sig, vad som aktiverar dem och hur de följer en rätt väg, forskare kanske kan designa nya behandlingar för cancer.
"Vi visste redan att dessa maskstamceller har mycket gemensamt med våra egna stamceller, men vi visste ingenting om hur de migrerar och om denna process relaterar till hur våra celler migrerar, säger Dr Prasad Abnave, första författare till studien, publiceras i Utveckling .
'Vi ville fastställa om samma mekanismer hade bevarats evolutionärt eller inte, vi hoppades att de skulle vara, eftersom detta skulle vara en utmärkt modell för att studera alla aspekter av stamcellsmigration. '
Dock, innan teamet kunde börja arbeta med maskarna, de var tvungna att övervinna ett litet problem. "Kanske lite kontraintuitivt, det stora överflödet av stamceller i planärer gör det svårt att studera migration, sade professor Aziz Aboobaker.
"För att spåra cellers rörelse måste du skapa ett fält för dem att röra sig in i så att du kan vara säker på i vilken riktning och hastighet de rör sig, men om cellerna du är intresserad av redan finns överallt är det svårt att göra. '
(översta panelerna) Båda stamcellerna (grön, detektera genuttrycket av smedwi-1) och deras dotterceller (magenta, upptäcka genuttrycket prog-1) har enkla rundade former som är karakteristiska för stamceller som fortfarande är osäkra på vilken typ av cell som ska bli. För att flytta dessa celler bildar dimma förlängningar som når ut i den omgivande vävnaden och sedan följer resten av cellen med, låta dem röra sig. Kredit:Prasad Abnave
Lyckligtvis kunde teamet dra nytta av över 100 års tidigare arbete. I ett särskilt experiment som använde röntgenstrålar för att döda planära stamceller, det visade sig att djuren överlevde behandlingen om en del av masken hölls under en blysköld, som "förmodligen stamcellerna under blyskölden migrerar till resten av djuret och allt är bra." sa Abnave.
Med hjälp av Dr Mark Hill vid Oxfords Department of Oncology kunde gruppen designa en apparat som gjorde det möjligt för dem att använda röntgenstrålar för att lämna efter sig en tunn remsa av stamceller. Dessa celler kunde sedan observeras när de migrerade genom resten av organismen till där de ursprungliga stamcellerna hade dödats.
”Detta samarbete gav oss en stor möjlighet att tillämpa tidigare erfarenheter från att studera cancerceller till en studie som involverar celler i en hel organism. Det kommer att vara ett användbart verktyg för att förbättra vår förståelse av stamceller, och deras potentiella roll i cancer, sa Mark.
'Det låter enkelt, men det tog lång tid att designa en apparat och tekniker med vilka vi kunde studera många maskar samtidigt. Det var nyckeln för att kunna studera hur migration kontrollerades och för att utföra experiment av hög kvalitet som verkligen kunde generera reproducerbara resultat, sa Aboobaker.
Professor Gillies McKenna, direktören för CRUK/MRC Institute for Radiation Oncology and Biology kommenterade:”Detta projekt är ett exempel på varför Oxford är en så givande plats att forska på. Människor från olika avdelningar och discipliner som samlar sin expertis för att ta itu med ett problem som varken kunde göra ensamma utan tillsammans kasta nytt ljus över både grundläggande biologi och även cancer.
Genom att studera hur maskarna reagerar på skada, teamet fann att stamceller migrerade mycket exakt till det drabbade området. Men i frånvaro av skadad vävnad satt cellerna stilla och migrerade inte.
Med hjälp av en teknik som kallas RNA-interferens kunde teamet sedan ta bort funktionen hos regulatoriska gener som redan var kända för att vara viktiga i cellmigration (och spela en roll i mänskliga cancerformer) och fann att de alla också krävdes för migrering av planariska stamceller . Dessa gener inkluderade proteiner kända som transkriptionsfaktorer som är viktiga eftersom de fungerar som PÅ/AV-brytare för hundratals andra gener.
'This was a very satisfying result as it confirmed our suspicion that our simple worms will be very useful for understanding stem cell migration, now we have proven the system we can look intensely for new mechanisms that control or interact with cell migration and have a real expectation that we find will also be true for our migrating cells" said Abnave. One advantage of our worms is that they are easy to work with and we can make rapid progress.'
Next the team hopes to look for new genes that control stem cell migration using the system they have developed.
