Изследователите са определили ролята на различни клетки в костния мозък, за които се смята, че контролират съдбата на близо половин милион кръвни клетки, които се развиват там всеки ден.

определят

Учени от Медицинското училище в Ню Йорк зад новата работа казват, че малко се е знаело за частта от клетките, изследвани в проучването, "микросредата", която съставлява по-малко от 1 процент от костната маса на повечето бозайници. Смята се, че такива клетки влияят върху това дали ранните стволови клетки узряват в различни видове други клетки, като червени или бели кръвни клетки.

Докладвайки в списание Nature online през април, авторите на изследването описват как са използвали комбиниран инструмент за картиране на изображения, за да проследят генетичната функция една по една от 17 374 клетки на костен мозък на мишка. След като първо взеха мерки за изключване на всички видове кръвни клетки, както и на зрели мастни клетки, често срещани в костния мозък, те успяха да се съсредоточат върху останалите, неуловими типове клетки в микросредата на костния мозък.

В рамките на тази микросреда изследователите идентифицираха девет вида клетки и дори повече подтипове. Повечето са идентифицирани като клетки, които облицоват кръвоносните съдове (т.е. съдови ендотелни клетки) или стволови клетки (мезенхимни клетки), които изграждат костта (остеобласти).

И все пак функцията на други редки видове клетки остава неизвестна. За да ги разбере по-добре, екипът лекува тези останали клетки с химиотерапия, за да се опита да имитира стреса, с който се сблъскват такива тъкани след нараняване или заболяване.

Сред промените, предизвикани от стреса, е, че един набор от стволови клетки (също мезенхимни), които обикновено се развиват в остеобласти или мускулни клетки, в този случай се превръщат само в мастни клетки (адипоцити). Изследователите казват, че това генетично препрограмиране, чийто оборот планират да проучат допълнително, вероятно обяснява защо феноменът на излишната мастна тъкан се наблюдава при пациенти с левкемия, получаващи химиотерапия.

Друго откритие на изследването е, че нивата на сигнализиращ протеин, съдов Notch лиганд делта-подобен 4 (Dll4), значително намаляват след химиотерапия, причинявайки промяна в малка подгрупа от кръвни стволови клетки, чувствителни към тези сигнали.

Промяната разкрива, че тази популация от съдови клетки е отговорна при нормални обстоятелства за задействането на по-голямата част от производството на двата основни типа бели кръвни клетки, Т клетки и В клетки, в костния мозък. Изследователите смятат, че това е важен напредък в анатомичното разбиране на основните елементи в производството на кръвни клетки (хематопоеза).

"Нашето проучване представлява първата подробна оценка на микросредата на костния мозък, разкриваща критичната роля на подмножествата от клетки, участващи в химиотерапията на рака и производството на имунни клетки", казва старши изследовател от изследването Янис Айфантис, професор и председател на Катедрата по патология в NYU Langone Health и неговият център за рак на Perlmutter. "Досега учените често трябваше да разчитат само на наблюдението на ефектите от действията на кръвни клетки. Тези технически постижения ни позволяват да стигнем до основните процеси, които карат тези ефекти да се случват в реално време."

За изследването изследователите са използвали високоспециализиран метод за проследяване на генната активност, наречен едноклетъчно РНК секвениране (scRNA-Seq), и са маркирали единични клетки с флуоресцентно багрило, за да определят действията си, като всяка клетка се различава от подобни клетки. Преди този напредък през последните години, казва Айфантис, учените са успели само да изолират действието на групи клетки в микросредата на костния мозък, което прави много по-трудно да се анализира всеки тип или да се свърже със специфично заболяване.

"Нашите резултати показват как едноклетъчното проследяване и анализ могат да изложат ролята на всяка клетка и тип клетка, не само в организирането на производството на кръвни клетки, но и в задействането и задвижването на други свързани с кръвта болестни процеси в организма, като левкемия, "казва изследователят-ръководител на изследването д-р Анастасия Тихонова, постдокторант в Нюйоркския университет в Лангоне.

Тя казва, че следващият екип планира да оцени ефектите на други източници на стрес - стареене, рак на кръвта и инфекции на кръвта - върху производството на кръвни клетки и имунната функция и какво се случва както вътре, така и извън костния мозък.

„Инвестирайки сериозно в високопроизводителна изчислителна инфраструктура, NYU School of Medicine даде на изчислителния учен на нашия екип Игор Долгалев по-добро разбиране на органите, тъканите и клетките чрез пресяване на милиони точки от данни по нови начини“, казва съпредседателят изследовател на изследването д-р Аристотелис Циригос, директор на лабораториите за приложна биоинформатика в Ню Йорк. „Богатството от информация, генерирана от комбинацията от генетични технологии и технологии, базирани на данни, ни даде безпрецедентен поглед върху околната среда в костния мозък по време на здравето и при стрес от болести.“

Финансова подкрепа за проучването е предоставена от безвъзмездни средства от Националните здравни институти R01 CA216421, R01 CA194923, R01 CA169784, R01 CA133379, R01 CA149655, R01 CA173636, R01 CA49132, R01 DK056638; Обществото за левкемия и лимфом отпуска TRP # 6340-11 и LLS # 6373-13; и грант на Министерството на здравеопазването на Ню Йорк #CO 030132. Инструментът за картографиране с една клетка, scRNA-Seq, използван в тези експерименти, е разработен от 10xGenomics в Плезантон, Калифорния.

Освен Aifantis и Tikhonova, други изследователи от NYU Langone, участващи в проучването, са съ-водещи изследователи Игор Долгалев, MS; изследващи изследователи д-р Хай Ху; Едлира Ходжа, бакалавър; Д-р Матю Витковски; Д-р Мария Руано Гиламот-Руано; Yutong Zhang, MS; Кристиан Марие; Катрин Дифенбах, д-р; Д-р Адриана Хеги; и д-р Хуа Джун. Допълнителна изследователска подкрепа беше предоставена от д-р Kishor Sivaraj; и д-р Ралф Адамс от Института по биомолекулярна медицина Макс Планк в Мюнстер, Германия; Д-р Алваро Куеста-Домингес; и д-р Ставрула Кустени от Колумбийския университет в Ню Йорк; Д-р Сандра Пиньо; Д-р Илсейар Ахметзянова; Дейвид Фоксман, д-р; и Пол Френет, доктор по медицина, в Медицинския колеж Алберт Айнщайн в Ню Йорк; Д-р Jie Gao; и д-р Арис Икономидес в Центъра по генетика на Регерон в Таритаун, Ню Йорк; Майкъл Гуткин, MS; и д-р Джейсън Бътлър от Медицинския колеж Weill Cornell в Ню Йорк; и Rahul Satija, DPhil, в Нюйоркския център за геноми.