Междисциплинарная группа исследователей из Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток им. Эли и Эдит Брод в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе разработала первую в своем роде дорожную карту, показывающую, как развиваются скелетные мышцы человека, включая формирование мышечных стволовых клеток.
Исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Cell Stem Cell, выявило различные типы клеток, присутствующие в тканях скелетных мышц, от раннего эмбрионального развития до зрелого возраста. Сосредоточившись на мышечных клетках-предшественниках, которые способствуют формированию мышц до рождения, и мышечных стволовых клетках, которые способствуют формированию мышц после рождения и регенерации после травм на протяжении всей жизни, группа определила, как генные сети клеток – какие гены активны и неактивны – изменяются по мере созревания клеток.
Дорожная карта имеет решающее значение для исследователей, которые стремятся разработать в лаборатории мышечные стволовые клетки, которые можно использовать в регенеративной клеточной терапии разрушительных мышечных заболеваний, включая мышечные дистрофии и саркопению, возрастную потерю мышечной массы и силы.
"Потеря мышечной массы из-за старения или болезни часто является результатом дисфункциональных мышечных стволовых клеток," сказала Эйприл Пайл, старший автор статьи и член Исследовательского центра широких стволовых клеток. "Эта карта идентифицирует точные генные сети, присутствующие в мышечных предшественниках и стволовых клетках в процессе развития, что важно для разработки методов создания этих клеток в чашке для лечения мышечных расстройств."
Исследователи в лаборатории Пайла и другие исследователи по всему миру уже имеют возможность генерировать клетки скелетных мышц из плюрипотентных стволовых клеток человека – клетки, которые обладают способностью самообновляться и превращаться в клетки любого типа в организме. Однако до сих пор у них не было способа определить, где эти клетки попадают в континуум человеческого развития.
"Мы знали, что мышечные клетки, которые мы создавали в лаборатории, не были такими функциональными, как полностью созревшие мышечные стволовые клетки, обнаруженные у людей," сказал Хайбинь Си, первый автор новой статьи и помощник научного сотрудника в лаборатории Пайла. "Поэтому мы решили создать эту карту в качестве справочной информации, которую наша и другие лаборатории могут использовать для сравнения генетических сигнатур клеток, которые мы создаем, с сигнатурами реальных скелетных мышечных тканей человека."
Чтобы создать этот ресурс, группа собрала весьма специфические данные о двух разных группах клеток скелетных мышц: клетки человеческого тела, начиная с пятой недели эмбрионального развития и до среднего возраста, и полученные из плюрипотентных стволовых клеток человека, полученные исследователями в лаборатория. Затем они сравнили генетические подписи клеток из обоих источников.
Группа получила 21 образец скелетной мышечной ткани человека от своих сотрудников из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и от коллег из Университета Южной Калифорнии и Университета Тюбингена в Германии. Для мышечных клеток, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, группа оценивала клетки, созданные с использованием их собственного уникального метода и методов нескольких других групп.
Лаборатория Пайла в сотрудничестве с лабораторией Катрин Плат, профессора биологической химии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и члена Исследовательского центра широких стволовых клеток, провели высокопроизводительное капельное секвенирование РНК одноклеточной РНК всех образцов. Эта технология позволяет исследователям идентифицировать генные сети, присутствующие в одной клетке, и может обрабатывать тысячи клеток одновременно. Используя мощь этой технологии и биоинформатический опыт лаборатории Plath, группа определила генетические сигнатуры различных типов клеток из человеческих тканей и плюрипотентных стволовых клеток.
Затем они разработали вычислительные методы, чтобы сосредоточиться на мышечных предшественниках и стволовых клетках, и нанесли на карту свои генные сети, связанные с каждой стадией развития. Это позволило группе сопоставить генетические сигнатуры, обнаруженные в мышечных клетках, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, с их соответствующими местоположениями на карте развития мышц человека.
Группа обнаружила, что мышечные клетки, полученные из плюрипотентных стволовых клеток, полученные всеми методами, которые они пробовали, напоминали мышечные клетки-предшественники на раннем этапе развития и не соответствовали взрослым мышечным стволовым клеткам.
Помимо определения истинной зрелости клеток, полученных в лаборатории, этот анализ также предоставил подробную информацию о других типах клеток, присутствующих в ткани скелетных мышц в процессе развития и в популяциях, полученных из плюрипотентных стволовых клеток человека. Эти клетки могут играть важную роль в созревании мышечных клеток и могут иметь решающее значение для улучшения методов создания и поддержки мышечных стволовых клеток в чашке.
"Мы обнаружили, что некоторые методы создания мышечных клеток в блюде также производят уникальные типы клеток, которые, вероятно, поддерживают мышечные клетки," сказал Пайл, который также является членом Комплексного онкологического центра UCLA Jonsson. "Итак, теперь наши вопросы: что делают эти клетки?? Могут ли они быть ключом к производству и поддержанию зрелых и функциональных мышечных стволовых клеток в блюде??"
Двигаясь вперед, Пайл и ее коллеги сосредоточатся на использовании этого нового ресурса для разработки более эффективных методов получения мышечных стволовых клеток из плюрипотентных стволовых клеток человека в лаборатории. Она надеется, что, сосредоточив внимание на сетях экспрессии генов, связанных со стволовыми клетками, и на поддерживающих типах клеток, которые они идентифицировали, они смогут производить мощные мышечные стволовые клетки, которые могут быть полезны для будущих методов регенеративной терапии.