Matične ćelije mogu da se razlikuju da zamene mrtve i oštećene ćelije. Ali kako matične ćelije odlučuju koji tip ćelije će postati u datoj situaciji? Koristeći crevne organoide, grupa Bon-Kjoung Koa sa IMBA i Instituta za osnovne nauke identifikovali su novi gen, Daam1, koji igra suštinsku ulogu, aktivirajući razvoj sekretornih ćelija u crevima.
Ovo otkriće, objavljeno 24. novembra u časopisu Science Advances, otvara nove perspektive u istraživanju raka.
Naša tela su, na neki način, poput automobila – da bi nastavili da funkcionišu, potrebno ih je redovno proveravati i popravljati. U slučaju naših tela, sve ćelije koje su oštećene ili mrtve moraju biti zamenjene da bi organi funkcionisali. Ova zamena se dešava zahvaljujući odraslim matičnim ćelijama koje žive u tkivu.
Za razliku od embrionalnih matičnih ćelija, koje mogu formirati bilo koju vrstu ćelije u telu, odrasle matične ćelije će formirati samo tipove ćelija koje se nalaze u tkivu kojem pripadaju. Ali kako matične ćelije specifične za tkivo znaju koji tip ćelije treba da izazove?
Gabriele Colozza, postdoktorski istraživač u laboratoriji Bon-Kioung Koo na IMBA – sada direktor Centra za genomsko inženjerstvo, Institut za osnovne nauke u Južnoj Koreji – odlučio je da istraži ovo pitanje koristeći crevne matične ćelije.
„U našim crevima ćelije su izložene ekstremnim uslovima“, objašnjava Koloca. Mehaničko habanje, ali i digestivni enzimi i različite pH vrednosti utiču na crevne ćelije. Zauzvrat, matične ćelije u sluznici creva se diferenciraju i formiraju nove crevne ćelije.
„Oštećene ćelije moraju biti zamenjene, ali to je delikatan balans između obnove matičnih ćelija i diferencijacije u druge tipove ćelija: nekontrolisana proliferacija matičnih ćelija može dovesti do formiranja tumora; s druge strane, ako se previše matičnih ćelija diferencira, tkivo će biti iscrpljen matičnim ćelijama i na kraju nesposoban da se samoobnavlja.“
Ova ravnoteža je delikatno podešena signalnim putevima i povratnim petljama, koje omogućavaju ćelijama da komuniciraju jedna sa drugom. Jedan važan put se zove Vnt. Vnt put je poznat po svojoj ulozi u embrionalnom razvoju, a ako se ne kontroliše, prekomerno aktivan Vnt put može dovesti do prekomerne deobe ćelija i formiranja tumora.
Dobro poznati antagonist Vnt signalizacije – držanje Vnt pod kontrolom – je Rnf43, koji je prvobitno identifikovao Bon-Kjoung Ko. Pre ove studije, poznato je da Rnf43 cilja na Vnt receptor Frizzled i označava ga za degradaciju.
„Želeli smo da znamo kako Rnf43 funkcioniše, kao i šta, zauzvrat, kontroliše Rnf43 i pomaže mu da reguliše Vnt signalizaciju. Iz ranijih istraživanja, naučnici su znali da Rnf43 sam po sebi nije dovoljan da razbije Vnt receptor Frizzled, koji se nalazi u plazma membrani.
„U našem projektu koristili smo biohemijske analize da identifikujemo koji proteini su u interakciji sa Rnf43.“ Ispostavilo se da je ključni partner Rnf43 protein Daam1.
Da bi razumeo kako Daam1 reguliše Rnf43 i utiče na tkiva u kojima deluje, Colozza se okrenuo crevnim organoidima.
„Otkrili smo da je Daam1 neophodan da bi Rnf43 bio aktivan, tako da bi Rnf43 uopšte regulisao Vnt signalizaciju. Dalji rad u ćelijama pokazao je da je Rnf43 potreban Daam1 da premesti Vnt receptor Frizzled u vezikule zvane endozomi. lizozome gde se razgrađuje, prigušujući Vnt signalizaciju“, dodaje Coloza.
Intestinalni organoidi su trodimenzionalne ćelijske kulture uzgojene iz odraslih crevnih matičnih ćelija, omogućavajući istraživačima da imitiraju crevnu sluzokožu.
Za Colozzu, organoidi su bili prilika da razumeju kako Rnf43 i Daam1 utiču na delikatnu ravnotežu obnavljanja i diferencijacije matičnih ćelija u crevima. „Otkrili smo da kada izbacimo Rnf43 ili Daam1, organoidi prerastaju u strukture slične tumoru. Ovi organoidi slični tumoru nastavljaju da rastu, čak i ako povučemo faktore rasta od kojih obično zavise, kao što je R-spondin.“
Kada je Coloza pratio ovaj rezultat u tkivu miša, istraživače je čekalo iznenađenje.
„Kada je nedostajao Rnf43, creva su razvila tumore, kao što se očekivalo. Ali kada je Daam1 nedostajao, nijedan tumor nije izrastao. Bili smo zbunjeni ovom upadljivom razlikom: kako gubitak faktora na istom putu, koji se ponašaju slično u organoidima, može dovesti do do tako različitih ishoda?“
Pažljivo posmatrajući creva, Koloza je video da su creva bez Rnf43 puna specifične vrste sekretornih ćelija, Panethovih ćelija. S druge strane, creva kojima nedostaje Daam1 nisu sadržala dodatne Paneth ćelije. Paneth ćelije luče faktore rasta, kao što je Vnt, koji stimulišu deobu ćelija.
„Daam1 je neophodan za efikasno formiranje Paneth ćelija. Kada je Daam1 aktivan, matične ćelije se diferenciraju da bi formirale Paneth ćelije. Kada Daam1 nije aktivan, matične ćelije se diferenciraju u drugi tip ćelija.“
Ova veza između molekularnih rezultata i Panetovih ćelija objašnjava zagonetnu razliku između creva i organoida.
„U organoidnoj kulturi, mi naučnici obezbeđujemo faktore rasta, tako da nokautiranje i Rnf43 i Daam1 dovodi do organoida sličnih tumoru. Ali u crevima nema malog naučnika koji obezbeđuje faktore rasta. Umesto toga, Paneth ćelije obezbeđuju faktore rasta, kao što je Vnt , i stvoriti prave uslove za preživljavanje i podjelu matičnih ćelija.“
„Kada Panetove ćelije nedostaju – kao što je kada Daam1 nije aktivan da bi ćelije naterao da postanu Panetove ćelije – matične ćelije se neće mnogo deliti. Ali kada ima previše Panetovih ćelija – kao na primer u crevima kojima nedostaje Rnf43 – prekomerni faktori rasta mogu doprinose stvaranju tumora“.
Studija Colozze i kolega je prvi genetski dokaz da je Daam1, član nekanonskog Vnt puta, važan za specifikaciju Panetovih ćelija i direktno uključen u razvoj ove ključne sekretorne ćelije. Rezultati takođe bacaju svetlo na važnost niše matičnih ćelija. „Pokazujemo da tumorske ćelije modifikuju svoje mikrookruženje i utiču na njihovo okruženje za podršku kako bi mogle bolje da rastu.“
