Trójwymiarowe organoidy dostarczają nowej wiedzy na temat biologii komórek macierzystych
Homeostaza tkanek jest ściśle kontrolowana, a jej zaburzenie może powodować choroby lub raka. W normalnych warunkach endogeniczne komórki macierzyste tkanek otrzymują sygnały, które pozwalają im na samoodnowienie lub różnicowanie w celu utrzymania stałego stanu tkanek. Chociaż regulacja transkrypcji ma zasadnicze znaczenie dla kontrolowania liczby komórek macierzystych, niewiele wiadomo na temat roli modyfikacji potranskrypcyjnych i potranslacyjnych, takich jak metylacja RNA i ubikwitynacja białek w biologii komórek macierzystych. Organoidy jelitowe: modelowy system badania komórek macierzystych W ramach finansowanego przez UE projektu IntestineUb, realizowanego przy wsparciu programu Marie Curie, zbadano różne aspekty biologii komórek macierzystych, takie jak multipotencja, utrzymanie i różnicowanie trójwymiarowych pierwotnych organoidów jelitowych. Jak wyjaśnia główny badacz projektu, dr Ya-Lin Huang, „pierwotne organoidy jelitowe stanowią doskonały model systemu in vitro, ponieważ ilustrują organizację nabłonka in vivo i jednocześnie są podatne na praktycznie wszystkie technologie eksperymentalne”. Nacisk położono na enzymy zaangażowane w metylację RNA, takie jak rodzina Nop2/SUN (NSUN) metylotransferaz RNA oraz enzymy deubikwitynujące (DUB) znane z roli w degradacji białek. Celem było scharakteryzowanie wzorca ekspresji tych enzymów i fenotypów utraty funkcji w komórkach macierzystych oraz zidentyfikowanie tych, które są wymagane do regulacji liczby komórek macierzystych. Wykorzystując technologię CRISPR/Cas9, naukowcy przeprowadzili badania utraty funkcji w organoidach jelitowych i keratynocytach skóry, ukierunkowane na różne geny NSUN i DUB. Szeroko zakrojona inżynieria genetyczna wraz z testami in vitro pomogła zbadać wpływ kandydujących NSUN i DUB na znane szlaki sygnałowe związane z kontrolą homeostatyczną. W ramach innej części projektu IntestineUb naukowcy badali rolę szlaku sygnałowego Wnt w proliferacji jelitowych komórek macierzystych. Chociaż szlak Wnt był szeroko badany w różnych typach komórek macierzystych, większość doniesień dotyczy efektów sygnalizacji Wnt poprzez transkrypcyjną aktywację przez β-kateninę. Projekt IntestineUb koncentruje się na sygnalizacji Wnt/STOP, która działa niezależnie od β-kateniny i transkrypcji oraz reguluje ilość białek poprzez degradację. Naukowcy potwierdzili funkcję sygnalizacji Wnt/STOP w organoidach jelitowych i odkryli, że jest ona ukierunkowana na DUB. W kierunku regeneracji tkanek i leczenia nowotworów Niewątpliwie analiza szlaków regulacyjnych komórek macierzystych ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób zaburzenia homeostazy powodują choroby i raka. Pomimo kilkudziesięciu lat badań bardzo niewiele wiadomo na temat funkcji enzymów NSUN i DUB w homeostazie komórek macierzystych nabłonka. Dr Huang podkreśla, że „oryginalność i innowacyjny charakter projektu IntestineUb wynikają z połączenia analizy biochemicznej NSUN i DUB z fizjologią homeostazy nabłonkowych komórek macierzystych". Wyniki badań dostarczają bezprecedensowej wiedzy na temat biologii komórek macierzystych i stanowią podstawę dla przyszłych badań enzymów NSUN i DUB w celu znalezienia celów terapeutycznych. Plany na przyszłość dotyczą przede wszystkim wyjaśnienia fizjologicznej roli kluczowych genów kandydujących NSUN i DUB in vivo przy użyciu modeli myszy knockout. Z klinicznego punktu widzenia, wyniki prac IntestineUb mogą stanowić paliwo dla badań nad inhibitorami, które modulują funkcję komórek macierzystych i potencjalnie osłabiają hiperplazję. Ponadto, jak twierdzi dr Huang, „wgląd w biologię i właściwości tkankowych komórek macierzystych ma kluczowe znaczenie dla terapii regeneracyjnych”.
Słowa kluczowe
IntestineUb, komórka macierzysta, DUB, NSUN, organoid jelitowy, enzym, homeostaza, hiperplazja, sygnalizacja Wnt, in vitro, test, CRISPR/Cas9