Od czego zależy los komórki

Do różnicowania komórek przyczyniają się czynniki transkrypcyjne w komórce i zewnątrzkomórkowe szlaki sygnałowe. Podczas embriogenezy ssaków komórki wewnętrznej masy blastocysty różnicują się do epiblastu lub do pierwotnej endodermy. Początkowo w poszczególnych komórkach dochodzi do jednoczesnej ekspresji czynników transkrypcyjnych wpływających na ich różnicowanie. Następnie wzorce ekspresji zaczynają wzajemnie się wykluczać w odpowiedzi na sygnały z zewnątrz komórki.

Zadaniem finansowanego przez UE projektu CELLSTATETRANSITIONS (Capturing transition states associated with lineage decisions in the early mouse embryo) była dokładniejsza analiza tych zdarzeń. W projekcie korzystano z embrionalnych komórek macierzystych myszy jako modelu kultur tkankowych. Badacze stworzyli metodami inżynierii genetycznej linie komórkowe zawierające geny indukowane doksycykliną, kodujące wyznakowane fluorescencyjnie czynniki transkrypcyjne GATA. Te białka wiążące DNA kontrolują proces różnicowania w komórce, aktywując lub hamując transkrypcję. W projekcie badano wzajemne oddziaływania między regulacją transkrypcji i szlakami sygnałowymi, obejmujące czynniki wzrostu fibroblastów (FGF) i kinazy białkowe aktywowane mitogenami (MAPK).

Projekt CELLSTATETRANSITIONS wykazał wpływ poziomu czynnika GATA na poszczególne komórki i ich los, w tym różnicowanie do pierwotnej endodermy. Naukowcy korzystali z obrazowania poklatkowego wyznakowanych fluorescencyjnie czynników transkrypcyjnych GATA w poszczególnych komórkach, a następnie przeprowadzali barwienie immunologiczne markerów losu komórki. Wykryli, że różnicowanie do pierwotnej endodermy wymagało progowego poziomu ekspresji czynnika GATA w danej komórce. Doświadczenia dotyczące różnicowania przy odmiennych poziomach cząsteczek sygnałowych pokazały, że szlak sygnałowy FGF/MAPK warunkuje, jaka część komórek będzie się różnicować poprzez ustawienie progu dla czynnika GATA.

Projekt wykazał, że poziomy ekspresji czynników transkrypcyjnych i sygnałowych kontrolują proporcję komórek różnicujących się do linii pierwotnej endodermy. Zespół zasugerował prosty model matematyczny do opisywania zdarzeń warunkujących los komórek i zwalidował go poprzez porównanie symulacji dynamiki ekspresji z wynikami pomiarów doświadczalnych. Wyniki projektu opisano w trzech publikacjach, które ukazują nieznane dotąd prawidłowości warunkowania losu komórki przez szlaki sygnałowe i kontrolowania liczby komórek różnicujących się do danej linii. Oprócz poszerzenia wiedzy naukowej projekt umożliwił przeprowadzenie pionierskiego, wielokolorowego obrazowania żywych komórek, aby ustalić strukturę sieci regulujących ekspresję genów.