Хотя известно, что стволовые клетки обладают способностью развиваться во все ткани в рамках точно регулируемого процесса, то, как факторы окружающей среды влияют на поведение стволовых клеток, остается малоизученным. В новом исследовании исследователи из Университета Цукубы обнаружили, что нейроны, продуцирующие нейромедиатор октопамин, регулируют поведение стволовых клеток зародышевой линии (GSC) в ответ на сигналы окружающей среды, такие как спаривание.
Яичники плодовой мушки Drosophila melanogaster представляют собой надежную модельную систему для изучения взаимосвязи между сигналами окружающей среды и биологией стволовых клеток. У плодовых мушек GSC дают начало яйцам и существуют в непосредственной близости от соматических клеток. Соматические клетки состоят из нескольких типов клеток, поддерживающих бутонирование яиц. Как и в случае с другими стволовыми клетками, когда GSCs делятся, одна дочерняя клетка сохраняет свою идентичность стволовой клетки, в то время как другая дифференцируется на несколько клеток-потомков. Баланс между самообновлением и дифференциацией жестко регулируется как сигналами внутри, так и вне среды, в которой находятся GSC (также называемой нишей). Известно, что спаривание — один из таких внешних признаков увеличения GSC.
Хорошо известно, что молекула полового пептида из мужской семенной жидкости активирует нейроны, расположенные в просвете матки. Ранее мы показали, что эти нейроны необходимы для стимуляции биосинтеза стероидных гормонов яичников с целью увеличения количества GSC. Целью нашего исследования было изучить, как информация от спаривания передается от этих нейронов к GSC на молекулярном и клеточном уровнях «.
Профессор Рюсукэ Нива, автор исследования
Для достижения своей цели исследователи применили генетический подход к изучению того, какой ген отвечает за увеличение GSC при спаривании, и обнаружили, что рецептор октопамина Oamb — это тот рецептор, через который октопамин оказывает свое влияние на GSC. Затем в ходе серии экспериментов исследователи обнаружили, что Oamb в эскорт-клетках, одном из типов соматических клеток, примыкающих к GSC, модулирует увеличение GSC после спаривания и последующее высвобождение октопамина нейронами.
На молекулярном уровне активация Oamb октопамином приводила к усилению передачи сигналов кальция в эскорт-клетках. Кальций — это мощная биомолекула, и изменение уровня кальция в клетках сильно влияет на их поведение.
Поскольку ранее было показано, что стероидные гормоны яичников участвуют в увеличении GSC, исследователи затем исследовали взаимосвязь между стероидными гормонами яичников и кальций-зависимым увеличением GSC. Их результаты показали, что стероидные гормоны яичников действительно необходимы для увеличения количества GSC.
Затем исследователи спросили, какие молекулы играют роль в стимуляции эскорт-клеток октопамином, и обнаружили, что металлопротеиназа 2 протеинового матрикса необходима для кальций-зависимого увеличения GSC. Наконец, исследователи показали, что нейроны, проецирующиеся в яичники для увеличения GSC, делают это через специализированные белки, называемые никотиновыми рецепторами ацетилхолина. Эти результаты дают полную картину того, как активация нейронов приводит к увеличению количества стволовых клеток яичников.
«Это поразительные результаты, которые показывают молекулярный механизм, лежащий в основе взаимодействия нервной системы с поведением стволовых клеток в ответ на сигналы окружающей среды, такие как спаривание», — говорит профессор Нива. «Наши результаты могут помочь раскрыть консервативные системные и нейрональные механизмы регуляции гомеостаза стволовых клеток у животных».
