Активный белковый компонент маточного молочка помогает пчёлам создавать новых маток. Исследователи из Стэнфорда обнаружили аналогичный белок у млекопитающих, который сохраняет плюрипотентность культивируемых эмбриональных стволовых клеток.
По словам исследователей из Медицинской школы Стэнфордского университета, белок млекопитающих, по своей структуре схожий с активным компонентом маточного молочка медоносных пчёл — вязкой субстанции, которая помогает рабочим пчелам выращивать новую самку, откладывающую яйца, — действует как своего рода источник молодости для эмбриональных стволовых клеток мышей .
Этот белок позволяет клеткам оставаться плюрипотентными, то есть они могут стать любой клеткой организма в условиях, которые обычно заставляют их развиваться в специализированные клетки.
Неожиданное открытие, вероятно, раздует пламя тысячелетних дебатов о регенеративной силе маточного молочка. Что еще важнее, это открытие открывает новые пути к плюрипотентности и предлагает новые способы поддержания стволовых клеток в состоянии анабиоза до тех пор, пока они не понадобятся для будущих методов лечения.
«Маточное молочко — это своего рода суперлекарство, особенно в Азии и Европе», — сказал доцент кафедры дерматологии Кевин Ванг, доктор медицины, доктор философии, «но последовательность ДНК Royalactin, активного компонента в молочке, уникальна для медоносных пчёл. Теперь мы идентифицировали структурно похожий белок млекопитающих, который может поддерживать плюрипотентность стволовых клеток».
Маточное молочко является важнейшим компонентом в строгой иерархической структуре улья медоносных пчёл. В нормальных условиях одна королева откладывает оплодотворенные яйца, из которых развиваются самки рабочих пчёл. Эти рабочие пчёлы трудятся не покладая рук, собирая пыльцу и нектар, строя соты, откладывая неоплодотворенные яйца и ухаживая за личинками. В отличие от них, трутни слоняются по улью, время от времени пробуждаясь, чтобы встретиться с другими трутнями в определенных «местах скопления трутней», где они зависают, пока не прилетит новая королева и не спровоцирует спаривание.
В конце концов, новая королева нужна улью, когда старая королева умирает или улей становится слишком большим и должен разделиться на две части. В этом случае рабочие пчёлы выбирают несколько личинок женского пола, чтобы кормить их исключительно маточным молочком — вязким, слегка кислым веществом, состоящим из воды, белков и сахаров — во время их развития. Все личинки питаются маточным молочком в течение первых нескольких дней после вылупления, но личинки рабочих пчёл быстро переключаются на комбинацию маточного молочка, мёда и перги, известной как «пчелиный хлеб».
Каким именно образом диета с маточным молочком стимулирует формирование большой, плодовитой королевы, а не скромной рабочей пчелы, оставалось неясным. Но люди быстро решили, что то, что хорошо для королевы, должно быть хорошо и для них. Хотя предполагалось, что маточное молочко влияет на уровень холестерина, кровяное давление, нервную систему и гормональную активность, но оно не было одобрено Управлением по контролю за продуктами и лекарствами для медицинского использования.
«Как это происходит?»
Ван задался вопросом, как диета с маточным молочком могла вызвать экстремальные различия, наблюдаемые между пчелиными матками и гораздо более мелкими рабочими. В конце концов, эти две касты насекомых имеют идентичный геном.
«Меня всегда интересовал контроль размера клеток», — сказал Ван, — «и медоносная пчела — фантастическая модель для изучения этого. Все эти личинки начинаются одинаково в нулевой день, но в итоге имеют резкие и устойчивые различия в размерах. Как это происходит?»
Ван и его коллеги сосредоточились на белке — уместно названном Royalactin — который ранее предполагался в качестве активного ингредиента в маточном молочке. Они применилиRoyalactin к эмбриональным стволовым клеткам мышей, чтобы изучить реакцию клеток.
«Чтобы маточное молочко оказало влияние на развитие королевы, оно должно воздействовать на ранние клетки-предшественники в личинках пчёл», — сказал Ван. «Поэтому мы решили посмотреть, какое влияние оно оказало, если таковое имело, на эмбриональные стволовые клетки».
Эмбриональные стволовые клетки мощные, но непостоянные. При выращивании в лабораторных условиях они часто хотят отказаться от своего состояния стволовых клеток и дифференцироваться в специализированные клетки. Исследователи разработали способы поддержания клеток в порядке, добавляя молекулы, которые подавляют дифференциацию, в среду, в которой растут клетки.
Связь чего-то мифического с чем-то реальным.
К своему удивлению, Ван и его коллеги обнаружили, что добавление Royalactin остановило дифференциацию эмбриональных стволовых клеток даже при отсутствии ингибиторов.
«Это было неожиданно», — сказал Ван. «Обычно эти эмбриональные стволовые клетки выращиваются в присутствии ингибитора, называемого фактором ингибитора лейкемии (LIF), который не даёт им неправильно дифференцироваться в культуре, но мы обнаружили, что Royalactin блокирует дифференциацию даже в отсутствие LIF». Культивируемые клетки без LIF успешно росли до 20 поколений, не теряя своих стволовых качеств, обнаружили исследователи.
Дополнительные эксперименты показали, что обработанные Royalactin стволовые клетки демонстрировали профили генной экспрессии, схожие со стволовыми клетками, выращенными в присутствии ингибиторов, вырабатывая белки, которые, как известно, связаны с плюрипотентностью, при этом подавляя производство белков, важных для дифференциации. Однако реакция клеток была запутанной, поскольку млекопитающие не вырабатывают Royalactin.
Для ответов исследователи обратились к базе данных, которая выводит трёхмерную структуру белков. Подобно замку и ключу, многие белки работают, точно подгоняя друг к другу другие белки или биологические молекулы. Ученые задались вопросом, может ли быть другой белок у млекопитающих, который имитирует форму, но не последовательность Royalactin.
Ван обнаружил белок млекопитающих под названием NHLRC3, который, как было предсказано, образует структуру, похожую на Royalactin, и который вырабатывался на ранних стадиях эмбрионального развития у всех животных от угрей до людей. Более того, они обнаружили, что NHLRC3, как и роялактин, способен поддерживать плюрипотентность в эмбриональных клетках мышей и что он вызывает в них схожий паттерн экспрессии генов, как и в клетках, подвергшихся воздействию Royalactin. Они назвали этот белок в Regina, что на латыни означает королева.
«Это увлекательно», — сказал Ван. «Наши эксперименты подразумевают, что Regina — важная молекула, управляющая плюрипотентностью и производством стволовых клеток, которые дают начало тканям эмбриона. Мы связали что-то мифическое с чем-то реальным».
Wan, D.C., Morgan, S.L., Spencley, A.L. et al. Honey bee Royalactin unlocks conserved pluripotency pathway in mammals. Nat Commun 9, 5078 (2018).
Исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения (грант DE024269), Национальным научным фондом , стипендией для аспирантов Национальной оборонной науки и техники, Стэнфордским научно-исследовательским институтом охраны здоровья матери и ребенка, фондом Burroughs Wellcome Fund и фондом Дональда Э. и Делии Б. Бакстер. Поддержку работе оказало также отделение дерматологии Стэнфордского университета.
Поделитесь вашими мыслями в комментариях, для меня это важно!
✿ ✿ ✿
Полезно, поставь лайк! Поделись с друзьями и подписывайся!
Наш Телеграм канал, там много интересного и полезного обязательно заходи!
Подписывайтесь: Телеграм | Инстаграм | Дзен | TikTok | Pinterest
#пчела #пчеловодство #мед #продуктыпчеловодства
✿ ✿ ✿
Что ещё можно почитать: