Stamceller förbereder sig för alternativa utvecklingsvägar och gör flera vägval under livsresan till mer specialiserade celltyper, visar en studie av forskare från bland annat Karolinska Institutet som publiceras i Science. Studien kan hjälpa till att förklara hur celler ibland väljer fel väg och orsakar cancer.
Kroppen består av hundratals olika celltyper med specialiserade uppgifter, som alla har sitt ursprung i stamceller i det tidiga embryot. Forskare har länge försökt förstå hur det går till när dessa stamceller ”väljer väg” i sin utveckling, så att de slutligen ger upphov till precis de celler som kroppen består av.
Forskare vid bland annat Karolinska Institutet, Harvard Medical School och Medicinska Universitetet i Wien har nu kartlagt utvecklingen hos celler från neurallisten – en grupp celler som finns redan i det tidiga embryot och som sedan ger upphov till många olika specialiserade celltyper, exempelvis tänder, pigmentceller, nervceller och gliaceller i hjärnan samt broskcellerna som bygger upp ansiktet.
Med hjälp av så kallad enkelcellsanalys har forskarna följt utvecklingen hos enskilda celler från neurallisten i möss och beskrivit denna i form av ett beslutsträd, där cellen vid olika punkter väljer väg i den fortsatta utvecklingen.
Forskarnas analys visar att cellen ställs för ett antal sådana vägval under sin resa mot ökad specialisering. Forskarna upptäckte också att ett vägval, exempelvis att utvecklas till en gliacell eller ett neuron, föregås av att konkurrerande genetiska program aktiveras som drar cellen åt båda hållen samtidigt. När cellen slutligen ”väljer väg” blir det ena genetiska programmet starkare, medan det andra tystnar.
– Cellen väljer sannolikt inte själv utan påverkas av signaler utifrån. Vår studie tyder på att cellen reagerar på motsägelsefulla signaler genom att förbereda sig på många olika möjliga utvecklingsvägar. Till sist löses situationen genom att endast ett alternativ blir kvar, säger Igor Adameyko, forskare vid institutionen för fysiologi och farmakologi, Karolinska Institutet, och studiens sisteförfattare.
Studien bidrar med grundläggande kunskap kring cellers utveckling och kan hjälpa till att belysa vad som går fel när stamceller ibland ”tar fel väg” och utvecklas till cancerceller.
– Det är fortfarande gåtfullt vilka händelser i cellen som leder till cancer. Vår studie tyder på att cancerutveckling i vissa fall kan bero på felberäkningar som gör att cellen fastnar i felaktigt tillstånd, ungefär som när ett datorprogram kraschar utan att det behöver vara fel på den underliggande hårdvaran, säger Igor Adameyko.
Forskarna hoppas kunna genomföra en liknande studie på samma sorts celler från människor, något som skulle ge viktig förståelse för både normal utveckling och olika sjukdomar som rör vävnader med ursprung i neurallisten.
Forskningen finansierades av Vetenskapsrådet, ERC-anslag, the Paradifference Foundation, Bertil Hållstens forskningsstifelse, National Science Foundation, NIH, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Familjen Erling Perssons stiftelse, och Russian Science Foundation.
Medförfattaren Mats Nilsson vid Stockholms universitet har aktier i Cartana AB, ett företag som säljer sekvenseringsreagenter.
Publikation: “Spatiotemporal structure of cell fate decisions in murine neural crest”. Ruslan Soldatov, Marketa Kaucka, Maria Eleni Kastriti, Julian Petersen, Tatiana Chontorotzea, Lukas Englmaier, Natalia Akkuratova, Yunshi Yang, Martin Häring, Viacheslav Dyachuk, Christoph Bock, Matthias Farlik, Michael L. Piacentino, Franck Boismoreau, Markus M. Hilscher, Chika Yokota, Xiaoyan Qian, Mats Nilsson, Marianne E. Bronner, Laura Croci, Wen-Yu Hsiao, David A. Guertin, Jean-Francois Brunet, Gian Giacomo Consalez, Patrik Ernfors, Kaj Fried, Peter V. Kharchenko, och Igor Adameyko. Science, online 6 juni 2019.
