Текстура поверхности растущих клеток может влиять на то, как они будут развиваться и дифференцироваться. Топография осуществляет это влияние , по крайней мере, частично посредством изменения длины первичных ресничек согласно сообщению (December 18) в Scientific Reports. Это исследование продемонстрировало, что mesenchymal stem cells (MSCs)-тип мультипотентных клеток, происходящих из костного мозга-имеют длинные реснички, если они растут на поверхностях, которые имеют желобки скорее, чем плоские. Удлиненные реснички изменяют передачу сигналов Wnt/β-catenin, систему внеклеточных сообщений, которые управляют пространственной дифференцировкой клеток.
Предыдущая работа показала, что нарушения первичных ресничек ведут к изменениям клеточной дифференцировки, согласно исследованию одного из соавторов Martin Knight, биоинженера из Queen Mary University of London. В противоположность подвижным ресничкам, которые, как известно, движут слизь, жидкости и дебрис поверх различных поверхностей по всему телу, многие годы необходимость в неподвижных первичных ресничках казалась мистической. "It's only recently people have realized primary cilia are important to a whole range of signaling within the cell," заявил Knight.
Knight с коллегами решили протестировать, связаны ли изменения текстуры с изменениями первичных ресничек. Когда исследователи выращивали MSCs на рифленых поверхностях, они отметили, что их первичные реснички более длинные, чем первичные реснички клеток, которые росли на плоских поверхностях. Дальнейшие эксперименты показали, что клетки на рифленых поверхностях выращивают актиновые цитоскелеты, которые оказываются относительно недоразвитыми по сравнению с таковым в тех клетках, которые растут на гладких поверхностях. Когда исследователи блокировали образование актинового цитоскелета, то реснички клеток, растущих на плоской поверхности, оказывались более длинными, демонстрируя, что длина ресничек регулируется с помощью цитоскелета.
Затем исследователи попытались понять, зависит ли длина ресничек от передачи сигналов Wnt/β-catenin, ключевого пути клеточной дифференцировки. Ранее ученые показали, что реснички могут секвестрировать β-catenin, используя intraflagellar transport (IFT), при котором малые моторные белки движутся вдоль ресничек и удлиняют их. Knight с коллегами высказывают предположение, что более длинные реснички секвестрируют больше β-catenin, чем их более короткие аналоги и поэтому подавляют передачу сигналов Wnt/β-catenin, что не позволяет β-catenin давать ядро, где он действует как транскрипционный фактор.
Исследователи в самом деле обнаружили, что клетки с более длинными ресничками обнаруживают тенденцию накапливать меньше β-catenin в ядре, чем клетки с короткими ресничками. Когда они подавляли IFT, который, как полагают, удлиняет реснички и помогает секвестрации β-catenin, то в ядре повышался уровень β-catenin. Более того, исследователи показали, что клетки, растущие на рифленой поверхности, реагируют в меньшей степени на передачу сигналов Wnt и накапливают меньше β-catenin в ядре, чем клетки, растущие на плоской поверхности-но эти различия снижались, если подавлялся IFT и реснички становились неспособными к удлинению.
"[The researchers] have shown that even a slight change in ciliary length can dramatically affect Wnt signaling and subsequently the differentiation of MSCs," said Hoey.
Knight с коллегами намереваются затем попытаться применить полученные данные в более практическом аспекте: регенерации кости. Исследователи сегодня работают над созданием ортопедических имплантов, которые д. поощрять возобновление роста кости вокруг своих краёв. Группой было сделано наблюдение, что разные материалы оказывают разный эффект на то, как MSCs дифференцируются в клетки, формирующие кость. Knight надеется установить, влияет ли топография имплантируемого материала на клеточную дифференцировку и если да, то может ли длина ресничек модулировать передачу сигналов Wnt/β-catenin в дифференцирующихся клетках.
Понимание того, как топография меняет клеточную дифференцировку, позволит биоинженерам лучше создавать поверхности для контроля роста определенных типов клеток. Могут ли манипуляции с самими ресничками влиять на развитие клеток: "Because the cilium is such a specialized target, that make it attractive for pharmaceutical manipulation and therefore manipulation of this differentiation process," говорит Knight.
