Маточное молочко пчел содержит белок, способствующий обновлению стволовых клеток. Аналогичный белок есть и у человека, что открывает возможности для создания новых фармакологических препаратов
Исследователи из Стэнфордского университета решили разобраться в механизме действия одного из компонентов маточного молочка — белка ройалактина. Им удалось выяснить, что этот белок (а также его человеческий аналог, названный Regina) способен влиять на стволовые клетки млекопитающих, не давая им превращаться в специализированные клетки тканей, то есть задерживая их в состоянии «плюрипотентности».
В первые дни после появления из яиц личинки получают в пищу «маточное молочко» — густую жидкость, состоящую из воды, белков и сахаров, которую производят особые железы рабочих пчел. Затем большинство личинок переводятся на растительную диету: мед и пыльцу. Из них развиваются трутни или рабочие пчелы.
Когда матка стареет или пчелиный рой делится на два более мелких, то возникает нужда в новой матке. В такой ситуации рабочие пчелы отбирают несколько новорожденных личинок женского пола и выкармливают их исключительно маточным молочком. Благодаря этому вместо рабочей пчелы из личинки развивается будущая матка.
Матка и рабочая пчела генетически ничем не отличаются друг от друга, однако их внешние различия куда существеннее, чем между насекомыми двух разных родов. Очевидно, такое переключение генетической программы происходит с помощью одного из факторов, содержащихся в составе маточного молочка. Этот фактор как-то должен влиять и на судьбу клеток зародыша еще до того, как они специализируются в различные ткани насекомого. Эту гипотезу и проверили стэнфордские исследователи, сосредоточившись на одном из компонентов маточного молочка — белке под названием «ройалактин». Оказалось, этот белок действительно способен переключать программу развития клетки, задерживая ее в «неопределившемся» состоянии, так что она способна дать начало любой ткани тела.
Оплодотворенная яйцеклетка способна дать начало целому организму, включая его половые клетки, которые продолжат свою жизнь в следующем поколении. Таким образом, она фактически бессмертна. Однако по мере деления «окно возможностей» у клеток зародыша сужается. Большинство из них в конце концов превращаются (дифференцируются) в одну из тканей организма, которой суждено умереть вместе со своим хозяином. Небольшая доля клеток, впрочем, сохраняются про запас, чтобы при необходимости восполнить дефицит в той или иной ткани. Их называют плюрипотентными, причем у этого свойства есть несколько градаций, в зависимости от того, какие возможности дифференцировки сохраняются у клетки.
Чтобы продлить у культуры клеток плюрипотентный статус, исследователи добавляют к ней определенные белковые факторы, задерживающие клетку в состоянии «всё возможно». Именно эту экспериментальную систему использовали стэнфордские биологи, чтобы изучить свойства пчелиного ройалактина. Они добавляли пчелиный белок к культуре стволовых клеток мыши. Действие его было весьма наглядным: культура мышиных клеток продолжала делиться, но не превращалась в ткань. Другими словами, происходило ровно то, что обычно наблюдается при добавлении факторов, поддерживающих плюрипотентность.
Обычно факторы плюрипотентности — регуляторные белки того самого организма, на чьи клетки они действуют. А ройалактин — белок, специфичный для пчелы. У млекопитающих, включая мышей и людей, ничего подобного нет. Между тем, ройалактин явно сохранял свою регуляторную власть далеко за пределами класса насекомых. Данные расшифровки геномов позволяют предсказать последовательности аминокислот во всех белках организма, и никакого сходства с ройалактином найдено не было. Однако по аминокислотным последовательностям можно восстановить и третичную структуру белка — ту пространственную фигуру, в которую сложится готовая белковая цепь в клетке. И вот тут оказалось, что геном млекопитающих действительно кодирует нечто, способное свернуться в очень похожую конфигурацию. Это нечто было найдено в человеческом геноме под невыразительным именем NHLRC3. Оказалось, что у мышей подобный белок появляется на ранней стадии развития зародыша — ровно в тот момент, когда и должны действовать факторы, предопределяющие клеточные судьбы, такие как ройалактин. Исследователи также подтвердили экспериментально механизм, с помощью которого белок мог бы оказывать свое действие: он способен менять структуру хроматина, то есть укладку хромосомы, от которой зависит включение тех или иных генов.
Открытие представляется настолько значительным, что человеческий белок NHLRC3 теперь получил новое, подобающее имя — Regina, напоминающее о пчелиных царицах. С точки зрения фундаментальной науки это впечатляющий результат: открыт совершенно новый, ранее неизвестный регуляторный путь, управляющий судьбой стволовых клеток млекопитающих, включая человека.