Восстановление мышц – дело многолюдное и сложное. Множество разных типов клеток натыкаются, стучат и пытаются координировать друг друга, работая над регенерацией новой ткани.
Группа исследователей из Корнелла во главе с Беном Косгроувом, доцентом школы биомедицинской инженерии Мейниг, использовала новую технологию клеточного профилирования для исследования и каталогизации активности почти всех типов клеток, участвующих в восстановлении мышц. Они собрали свои выводы в "клеточный атлас" регенерации мышц, что является одним из крупнейших наборов данных в своем роде. Этот ресурс дает исчерпывающую картину многих сложных клеточных взаимодействий в процессе самовосстановления тканей и потенциально может привести к лучшим стратегиям реабилитации и поддержке пациентов, восстанавливающихся после мышечных травм.
Бумага команды, "Одноклеточный анализ иерархии мышечных стволовых клеток выявляет гетеротипические коммуникативные сигналы, участвующие в регенерации скелетных мышц," опубликовано 10 марта в Cell Reports.
Косгроув работал с Корнельским центром биотехнологических ресурсов, чтобы использовать секвенирование одноклеточной РНК для анализа сигнатур экспрессии генов в тысячах отдельных клеток, взятых из активно регенерирующих мышц мышей, включая редкие мышечные стволовые клетки, которые управляют процессом восстановления. Косгроув также сотрудничал с Ивийном Де Вламинком, Робертом Н. Нойс доцент кафедры естественных наук и технологий в школе биомедицинской инженерии Мейниг. Вместе они применили новые алгоритмы для фильтрации обширного набора молекулярной информации.
Исследователи профилировали и собрали около 35000 отдельных ячеек. Полученный атлас представляет собой эталонный технический ресурс для исследователей, изучающих ткань скелетных мышц.
"Поскольку у нас такой большой набор данных, это помогает нам сформулировать ряд основанных на гипотезах вопросов не только о том, какие клетки задействованы, но и о том, как они взаимодействуют друг с другом," сказал Косгроув. "Этот ресурс позволил нам задать вопрос: «Какие молекулярные сигналы посылаются одним типом клеток другим клеткам в процессе восстановления мышц??’"
В отличие от дорожного атласа, в котором используются пространственные координаты, этот атлас больше похож на "подробный список ключевых игроков ячейки," Косгроув сказал, перечисляя их сходства и различия, с 15 уникальными типами клеток в мышечной ткани. Эта коллекция подчеркивает, насколько гетерогенность существует внутри каждого типа клеток, диапазон разнообразия, который побудил исследователей искать источники конкретных молекулярных вариаций, которые в противном случае могли бы быть упущены из виду.
"Поскольку этот подход позволяет нам внимательно смотреть на одну ячейку за раз, мы можем учитывать и оценивать тонкие различия даже в пределах аналогичной группы одинаковых ячеек," он сказал.
Лаборатория Косгроува уже нашла хорошее применение атласу, определив, как класс белков, называемых синдеканами, играет ключевую роль, позволяя мышечным стволовым клеткам делать бинарный выбор в процессе регенерации мышц. По мере деления стволовые клетки выбирают либо пополнение популяции стволовых клеток, либо они превращаются в зрелые клетки миофибрилл, которые заменяют поврежденную мышечную ткань.
"Мы взяли этот огромный атлас и разделили его на стволовые клетки. А затем мы организовали стволовые клетки таким образом, чтобы дать нам основу для размышлений об изменениях и выборе, который делают клетки," Косгроув сказал.
Их результаты показывают, что вариации, связанные с синдеканом, могут помочь управлять тем, как мышечные стволовые клетки реагируют на сигналы от соседних клеток и какой результат они выбрали.
"Теперь, когда мы знаем больше о том, что происходит в процессе восстановления здорового, нормального взрослого человека, мы можем спросить: «Каким образом клеточные игроки неправильно распределяются и неправильно активируются в условиях болезни??’" Косгроув сказал.
Группа Косгроува в настоящее время применяет этот подход для изучения дефицита восстановления мышц при старении и мышечной дистрофии.