Hipoteza nieśmiertelnej nici DNA obalona dla komórek HSC
Monika Maleszewska | 2007-09-30
Dowiedziono, że popularna wśród badaczy komórek macierzystych hipoteza tzw. nieśmiertelnej nici DNA nie jest prawdziwa w przypadku hemopoetycznych komórek macierzystych (HSC).
Według powyższej hipotezy komórki macierzyste zdolne są do asymetrycznych podziałów i asymetrycznej segregacji chromosomów. Podziały są mitotyczne, więc w ich wyniku z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne. Gdy jedna zachowuje cechy komórki macierzystej, a druga różnicuje się w wyspecjalizowaną komórkę określonej tkanki, to taki właśnie podział nazwiemy asymetrycznym (potomne komórki wykazują różne cechy). Asymetryczna segregacja chromosomów polega natomiast na zdolności komórek do nielosowego ich podziału między komórki potomne. I tak jedna z nich zachowuje chromosomy, które w czasie replikacji stanowiły matrycę, a więc są wolne od błędów – wolne od mutacji. Nowopowstałe chromosomy, które mogą zawierać mutacje spowodowane błędami podczas replikacji, trafiają do drugiej komórki, której przeznaczeniem jest różnicowanie. System ten ma chronić linię komórek macierzystych przed mutacjami, które mogłyby prowadzić np. do ich zrakowacenia. To właśnie do chromosomów, które w nich pozostają – te same z podziału na podział, odnosi się termin "nieśmiertelna nić DNA".
Hipotezę tę potwierdzono już niejednokrotnie dla różnych linii komórek macierzystych, m.in. epitelialnych komórek macierzystych, neuronalnych komórek macierzystych czy ssaczych epitalialnych komórek progenitorowych. Naukowcy z U-M Life Sciences Institute, University of Michigan, wzięli natomiast na warsztat linię komórek macierzystych krwi, dowodząc, że w ich przypadku hipotezę należy uznać za niesłuszną.
Podstawę eksperymentów stanowiło znakowanie DNA za pomocą BrdU – 5-bromo-2-deoksyurydyną. Związek ten podawany myszom ulega łatwo wbudowywaniu w nowosyntetyzowane DNA. Możliwa jest następnie jego detekcja za pomocą odpowiednich przeciwciał (anty-BrdU). Myszom podawano BrdU albo tuż po urodzeniu – gdy komórki macierzyste ulegają wciąż symetrycznym podziałom w celu namnożenia, albo dorosłym myszom – gdy komórki macierzyste dzielą się asymetrycznie, i w zależności od tego spodziewano się odpowiednio dużej lub małej retencji BrdU w tych komórkach, gdyby hipoteza była prawdziwa. Po okresie podawania BrdU, zwykle ok. 10 dni, następował okres odstawienia – np. 70 dni. Po tym czasie analizowano komórki szpiku, w tym hematopoetyczne komórki macierzyste, pod kątem retencji BrdU.
Wyniki doświadczeń zaprzeczyły możliwości asymetrycznego podziału chromosomów – retencja BrdU okazała się stochastyczna, co oznaczało, że segregacja chromosomów była losowa – taka, jak w przypadku podziałów zwykłych komórek somatycznych.
Kolejną konsekwencją uzyskanych wyników jest konieczność ostrożniejszego podejścia do BrdU jako markera komórek macierzystych. Po podaniu BrdU w okresie tuż po urodzeniu komórki zachowujące go uważało się dotąd za komórki macierzyste. Autorzy publikacji dowiedli, iż nie można traktować BrdU jako uniwersalnego, czułego i specyficznego markera. Przed użyciem go w tym charakterze konieczne jest dokonanie oceny jego przydatności, czyli sprawdzenie, czy w danym przypadku jego retencja w komórkach faktycznie oznacza, iż są one komórkami macierzystymi.
Hipoteza nieśmiertelnej nici nie może być dłużej uznana za uniwersalną, jako że nie sprawdziła się dla HSC (ang. haematopoietic stem cells). Nie wyklucza się wciąż możliwości asymetrycznego podziału chromosomów przez inne linie komórek macierzystych lub tkanek, lub przez tylko część HSC. Nie można jednak uznać tego mechanizmu za system chroniący przed akumulacją mutacji w przypadku hemopoetycznych komórek macierzystych.
Źródła:
1. EurekAlert!, U-M researchers dispute widely held ideas about stem cells, 27.08.07.
2. Mark J. Kiel, Shenghui He, Rina Ashkenazi, Sara N. Gentry, Monica Teta, Jake A. Kushner, Trachette L. Jackson & Sean J. Morrison: Haematopoietic stem cells do not asymmetrically segregate chromosomes or retain BrdU, Nature Letters, 29.08.2007.