Jak ukierunkować proces regeneracji tkanek

Pluripotencjalne komórki macierzyste są wielką nadzieją dla medycyny regeneracyjnej i procesu modelowania chorób. Występują w dwóch formach: jako komórki dziewicze (u myszy są to embrionalne komórki macierzyste — ESC) i dojrzałe (bardziej rozwinięte komórki macierzyste epiblastu — EpiSC).

Projekt MMSR (The molecular mechanisms of stem cell self renewal) miał za zadanie zbadać role białek sygnałowych Wnt w procesach samoodnowy i różnicowania ludzkich i mysich pluripotencjalnch komórek macierzystych. Ponieważ białka Wnt są bardzo podobne u różnych gatunków, od muszek z rodzaju Drosophila po ludzi, proces sygnałowych z ich udziałem stanowi podwalinę rozwoju embrionalnego. Co więcej zaburzenia tego procesu związane są z takimi chorobami jak wrażliwość na insulinę czy nowotwory.

Badacze z projektu MMSR dokonali zaskakujących odkryć. Sygnały białek Wnt działają jak czynniki pobudzające samoodnowę w komórkach ESC i są faktycznie niezbędne do tego, by zapobiec przekształceniu tych komórek w komórki EpiSC. Co więcej, źródłem białek Wnt są właśnie komórki ESC, dlatego to one regulują przejście pluripotencjalnych komórek dziewiczych w dojrzałe. Ludzkie komórki ESC (hESC) różnią się od mysich komórek ESC i wykazują w pewnym stopniu pluripotencjalność dojrzałą. Dlatego może to mieć znaczenie dla przeprowadzenia dorosłych ludzkich komórek do stanu pluripotencji.

Jedną z większych przeszkód dla stosowania hESC w leczeniu jest ograniczona kontrola nad procesem różnicowania tych komórek. Badacze wykazali, że wewnątrzkomórkowe sygnały od białek Wnt są ukrytymi mediatorami różnicowania wywołanego wzrostem komórki. W szczególności dotyczy to białka Bmp4. Należy ono do rodziny morfogenetycznych białek kostnych i odpowiada za zapoczątkowanie formacji mezodermy przez czynniki gastrulacji. W odróżnieniu od tego, w trakcie indukcji różnicowania trofoblastu Bmp4 jest niezależne od białek Wnt, co czyni je użytecznym dla różnicowania do obu linii komórkowych.

Możliwa jest również kontrola różnicowania na dalszych etapach, gdyż wewnątrzkomórkowe sygnały od białek Wnt zakłócają samoodnowę komórek hESC i mysich komórek EpiSC. Faktycznie, zahamowanie białek Wnt jest tak skutecznym inhibitorem procesów różnicowania, że nie ma potrzeby stosowania standardowej procedury ręcznego usuwania zróżnicowanych komórek. Obniża to znacznie poziom umiejętności wymaganych do pracy z komórkami hESC.

Wyniki uzyskanie w projekcie będą mogły mieć wpływ na proces ukierunkowanego różnicowania komórek hESC stosowanie w leczeniu i badaniach z wykorzystaniem komórek macierzystych. Jest to pierwsza tak kompleksowa analiza molekularna dynamiki procesu komórkowej samoodnowy.