Kredit:Leiden University
Embryonala stamceller har den anmärkningsvärda förmågan att utvecklas till vilken typ av cell som helst. På väg att bli till exempel en lever eller hjärtcell, de måste gång på gång välja mellan alternativa utvecklingsvägar. Hur de fattar dessa beslut är i stort sett okänt. Ett internationellt team av biofysiker har nu kartlagt beslutsprocessen i oöverträffad detalj, titta på cellerna när de bestämmer sig. Publicering i Naturkommunikation den 23 oktober.
Embryonala stamceller har en enorm potential för medicinska tillämpningar, som reparation av sjuk vävnad eller personlig läkemedelsscreening. Dessa applikationer kräver att stamceller omvandlas till exakt definierade mogna celltyper, vilket förblir utmanande. Oftare än sällan, en population av stamceller kommer att växa till olika typer av celler, vilket hämmar biomedicinska tillämpningar. Till exempel, en analys som testar levertoxicitet bör inte innehålla njurceller. För att förstå och kontrollera mognadsprocessen bättre, ett team av forskare från Leiden, Utrecht och Boston kartlade vägen från stamceller till mogna celltyper, en cell i taget.
RNA-sekvensering
Leiden-fysikern Stefan Semrau och hans medarbetare tillämpade en revolutionerande ny metod för embryonala stamceller:encellig RNA-sekvensering. Denna teknik har förmågan att mäta mängden och sekvensen av alla RNA-molekyler i enskilda celler. Sammansättningen av RNA-molekyler är karakteristisk för en viss celltyp - ett genetiskt visitkort. Gener som är viktiga i en viss celltyp kommer att representeras av många RNA-molekyler, medan andra gener är inaktiva.
Denna mikroskopbild visar RNA-molekyler som har gjorts synliga med hjälp av fluorescens. RNA:n som visas i grönt och rött, respektive, tillhör två olika gener (Gata6 och Pax6) som spelar en mycket viktig roll i beslutsprocessen. Kredit:Leiden University
Med hjälp av RNA-sekvensering hittade teamet ett intrikat dynamiskt mönster. När de behandlade stamceller med retinsyra – en viktig signalmolekyl – reagerade alla stamceller initialt på liknande sätt. Efter 24 timmar, dock, cellpopulationen delades upp i två grupper som fortsatte till slutet av 4-dagarsexperimentet. Med andra ord, stamcellerna avgjorde mellan två alternativa celltyper. Experimentet avslöjade vilka proteiner som är involverade i denna process, som kommer att hjälpa till att förstå cellulärt beslutsfattande på molekylär nivå.
Den nya sekvenseringsstudien är också ett viktigt steg mot att förstå embryonal utveckling. Detta beror på att splittringen av en initialt homogen population är den grundläggande processen genom vilken alla celltyper i vår kropp skapas från en enda, befruktat ägg.
