[ad_1]
В это может показаться трудным поверить, но каждый из нас начинал как одна клетка, которая разрослась до триллионов клеток, из которых состоят наши тела. Хотя каждая из наших клеток имеет одинаковую генетическую информацию, каждая из них также выполняет особую функцию: например, нейроны управляют нашими мыслями и поведением, в то время как иммунные клетки учатся распознавать болезни и бороться с ними, клетки кожи защищают нас от внешнего мира, мышцы клетки обеспечивают движение и так далее.
Все эти типы клеток имеют общее происхождение как так называемые плюрипотентные стволовые клетки. Полные возможностей, стволовые клетки подобны чистому листу, который может стать любым типом клеток. В качестве аналогии подумайте о том, как ребенок становится взрослым и выбирает карьеру и жизненный путь. То, как стволовые клетки выбирают свою карьеру, зависит от сложных цепочек реакций внутри клеточного генома (ее ДНК), называемых генетическими цепями.
Теперь исследователи из лаборатории Калифорнийского технологического института Майкла Эловица, профессора биологии и биоинженерии и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, разработали синтетическую генетическую схему, которая демонстрирует, как клетки могут выбирать свою судьбу. Исследование описано в статье, опубликованной в журнале Наука 20 января.
Используя эту схему, которую они назвали MultiFate, исследователи показали, как относительно небольшого набора белковых компонентов и взаимодействий достаточно, чтобы установить и контролировать большее количество клеточных состояний благодаря свойству, называемому «мультистабильностью». Теперь MultiFate позволяет исследователям создать единую живую клетку, которая может переходить в разные состояния, каждое из которых стабильно само по себе, но способно выполнять определенную функцию, аналогичную тому, что происходит в наших собственных телах.
Под руководством аспиранта Жунхуэй Чжу исследователи разработали искусственную цепь генов, которая могла функционировать в клетках, выращенных в лаборатории, не мешая нормальным клеточным процессам. Цепь MultiFate состоит из трех генов, каждый из которых кодирует соответствующий фактор транскрипции (белок, который включает экспрессию генов), помеченный белком определенного цвета: красным, зеленым или синим. Каждый из этих трех белков включается, связываясь со своей собственной ДНК. Три типа белков также могут прилипать друг к другу, чтобы блокировать активность друг друга.
Как и предсказывает математическая модель команды, схема такого типа может позволить клетке существовать в семи различных состояниях. Подобно пикселям на экране компьютера, каждое из этих состояний выражает различную комбинацию красных, зеленых и синих белков, благодаря чему клетки светятся одним из семи различных оттенков: красным, зеленым, синим, голубым, белым, пурпурным или желтым. . Оказавшись в одном из этих состояний, клетка остается в нем, если только исследователи не нарушат ее преднамеренно. Поскольку клетки заперты в своей судьбе, клетка передает свою судьбу (цвет) своим дочерним клеткам по мере своего роста и деления.
Кроме того, в отличие от естественных клеточных цепей, которые трудно контролировать, исследователи разработали MultiFate таким образом, чтобы они могли заставить клетку переключаться между семью состояниями с помощью определенных лекарств.
«Эта работа показывает, как проектирование и создание синтетических цепей с нуля может дать представление о фундаментальных биологических явлениях. MultiFate вдохновлен свойствами естественных цепей управления судьбой клетки, но разработан снизу вверх. Это не только помогает объяснить, как клетки могут существовать в таком множестве судеб, но также может заложить основу для расширения клеточной терапии, чтобы использовать преимущества нескольких типов клеток для выполнения более сложных терапевтических функций, которые не может обеспечить ни один тип клеток», — говорит Эловиц.
Статья называется «Синтетическая мультистабильность в клетках млекопитающих». Чжу — первый автор статьи. Помимо Чжу и Эловица, соавторами являются аспирант Калифорнийского технологического института Хесус М. дель Рио-Сальгадо и Хорди Гарсия-Охальво из Университета Помпеу Фабра в Барселоне, Испания. Финансирование было предоставлено Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов, программой Центра открытий Аллена, Семейным фондом Пола Г. Аллена, Министерством науки и инноваций Испании и FEDER, программой «Мария де Маезту» для единиц передового опыта в исследованиях и разработках, а также Женералитат Каталонии. Это исследование было поддержано программой Центра открытий Аллена в рамках премии № UWSC10142, программы, рекомендованной Полом Г. Алленом Frontiers Group Семейного фонда Пола Г. Аллена.
[ad_2]
Source