Когда дело доходит до построения почки, только природа обладает полным набором чертежей. Но группе ученых под руководством USC удалось позаимствовать некоторые страницы природы благодаря всестороннему анализу того, как почки образуют свои фильтрующие элементы, известные как нефроны.
Опубликованное в журнале Developmental Cell исследование из лаборатории Энди МакМэхона на факультете биологии стволовых клеток и регенеративной медицины в USC под руководством Нильса Линдстрема, который начал исследование в качестве постдокторанта, а сейчас является доцентом того же факультета. В исследовании также использовался опыт сотрудников из Принстонского и Эдинбургского университетов в Великобритании.
Команда проследила чертежи того, как клетки взаимодействуют, чтобы заложить основы человеческой почки, и как аномальные процессы развития могут способствовать возникновению болезней. Их результаты общедоступны как часть Атласа нефрогенеза человека (https: // sckidney.институт утюга.org /), которая представляет собой базу данных с возможностью поиска, показывающую, когда и где гены активны в развивающихся почках человека, и прогнозирование регуляторных взаимодействий, происходящих в развивающихся типах клеток.
"Есть только один способ построить почку, и это естественный способ," сказал МакМэхон, директор Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток им. Эли и Эдит Броуд при Университете Южной Калифорнии. "Только понимая логическую основу нормального эмбрионального развития, мы можем улучшить нашу способность синтезировать типы клеток, моделировать болезни и, в конечном итоге, строить функциональные системы для замены дефектных почек."
Чтобы восстановить молекулярные и клеточные схемы природы, команда исследовала сотни нефронов человека и мышей в различных точках их типичных траекторий развития. Это позволило исследователям сравнить важные процессы, которые сохранились в течение почти 200 миллионов лет эволюции с тех пор, как люди и мыши отделились от своего общего предка-млекопитающих.
В исследовании подробно описывается аналогичный генетический механизм, лежащий в основе образования нефронов у людей и мышей, что позволяет другим группам ученых следовать логике этих программ развития для создания новых типов почечных клеток. В общей сложности существует не менее 20 специализированных типов клеток, которые образуют сложную трубчатую сеть почек, которая помогает поддерживать баланс жидкости и pH в организме, фильтровать кровь и концентрировать токсины в моче для выведения.
"Создавая подробные представления о прекрасном и сложном процессе формирования нефронов человека, мы стремимся улучшить наше понимание развития и болезней, направляя усилия на создание синтетических структур почек," сказал Линдстрём.
Ученые также смогли определить точное положение экспрессируемых генов с известной ролью в врожденных аномалиях почек и мочевыводящих путей (CAKUT). В определенных типах клеток исследователи определили сети взаимодействующих генов. Основываясь на этих ассоциациях, команда предсказала новые гены-кандидаты для изучения при CAKUT и других заболеваниях почек.
"Наш подход к выводу пространственных координат для генов, экспрессируемых в отдельных клетках, может быть широко использован для создания подобных атласов других развивающихся систем органов, что является важным направлением деятельности многих исследовательских групп по всему миру," сказал Линдстрём. "Исследование демонстрирует влияние совместной науки, объединяющей опыт из США и Европы, чтобы связать анатомию развития с передовыми молекулярными, вычислительными и микроскопическими инструментами."