O componentă proteică activă a lăptișorului de matcă ajută albinele să creeze noi regine. Cercetătorii de la Stanford au identificat o proteină similară la mamifere, care menține celulele stem embrionare cultivate pluripotente.

celulele

O proteină de mamifer asemănătoare în structură cu componenta activă a lăptișorului de matcă - albinele care produc regine care ajută albinele lucrătoare să ridice o nouă diva de ouă pentru stup - funcționează ca un fel de fântână a tinereții pentru celulele stem embrionare de șoarece cercetătorilor de la Școala de Medicină a Universității Stanford.

Proteina face ca celulele să rămână pluripotente, ceea ce înseamnă că pot deveni orice celulă din corp, în condiții care în mod normal le-ar determina să se dezvolte în celule specializate.

Descoperirea neașteptată este probabil să aprindă flăcările unei dezbateri vechi de milenii cu privire la puterea regenerativă a lăptișorului de matcă. Mai important, descoperirea dezvăluie noi căi spre pluripotență și sugerează noi modalități de a menține celulele stem într-o stare de animație suspendată până când este nevoie pentru terapiile viitoare.

„În folclor, lăptișorul de matcă este cam ca un super-medicament, în special în Asia și Europa”, a spus profesorul asistent de dermatologie Kevin Wang, MD, Ph.D., „dar secvența ADN a royalactinei, componenta activă din, este unic pentru albinele de miere. Acum, am identificat o proteină de mamifer similară din punct de vedere structural, care poate menține pluripotența celulelor stem. "

Wang este autorul principal al studiului, care a fost publicat în dec. 4 in Comunicări despre natură. Profesor asociat de chirurgie Derrick Wan, MD, este autorul principal.

Componenta ierarhiei stupului

Lăptișorul de matcă este o componentă critică în structura ierarhică strictă a stupului de albine. În condiții normale, o singură matcă depune ouă fertilizate care se transformă în albine lucrătoare. Aceste albine lucrătoare sclavează colectând polen și nectar, construind fagurele, depunând ouă nefertilizate și îngrijind larvele. Spre deosebire de acestea, dronele se învârt în jurul stupului, trezindu-se din când în când pentru a se întâlni cu alte drone în „zonele de congregație a dronelor” desemnate, unde plutesc până când o nouă regină zboară și incită la o revoltă.

În cele din urmă, este necesară o nouă regină pentru stup atunci când o regină veche moare sau stupul crește prea mare și trebuie să se împartă în două. În acest caz, albinele lucrătoare selectează câteva larve femele pentru a se hrăni exclusiv cu lăptișor de matcă - o substanță vâscoasă, ușor acidă compusă din apă, proteine ​​și zaharuri - în timpul dezvoltării lor. Toate larvele sunt hrănite cu lăptișor de matcă în primele zile după eclozare, dar larvele lucrătoare sunt trecute rapid la o combinație de lăptișor de matcă, miere și un amestec de polen cunoscut sub numele de „pâine de albine”.

Exact modul în care o dietă de lăptișor de matcă stimulează formarea unei regine mari, fertile, mai degrabă decât a unei albine muncitoare umile, a rămas evaziv. Dar oamenii au decis repede că ceea ce este bun pentru regină trebuie să fie bun pentru ei. Deși s-a sugerat că lăptișorul de matcă are efecte asupra nivelului de colesterol, a tensiunii arteriale, a sistemului nervos și a activității hormonale, acesta nu a fost aprobat de Administrația pentru Alimente și Medicamente pentru uz medicinal.

- Cum se întâmplă asta?

Wang s-a întrebat cum o dietă de lăptișor de matcă ar putea declanșa diferențele extreme observate între albinele regine și lucrătorii mult mai mici. La urma urmei, cele două caste de insecte au același genom.

„Mereu am fost interesat de controlul dimensiunii celulelor”, a spus Wang, „iar albina este un model fantastic pentru a studia acest lucru. Aceste larve încep toate la fel în ziua zero, dar sfârșesc cu diferențe dramatice și durabile în dimensiune. Cum se întâmplă acest lucru? "

Wang și colegii săi s-au concentrat pe o proteină - numită în mod adecvat royalactină - care anterior a fost sugerată a fi ingredientul activ în lăptișorul de matcă. Ei au aplicat royalactina pe celulele stem embrionare de șoarece pentru a studia răspunsul celulelor.

„Pentru ca lăptișorul de matcă să aibă un efect asupra dezvoltării reginei, acesta trebuie să lucreze asupra celulelor progenitoare timpurii din larvele de albine”, a spus Wang. Deci, am decis să vedem ce efect a avut, dacă este cazul, asupra celulelor stem embrionare.

Celulele stem embrionare sunt puternice, dar volubile. Când sunt crescuți în laborator, ei doresc adesea să abandoneze starea celulelor stem și să se diferențieze în celule specializate. Cercetătorii au conceput modalități de menținere a celulelor în linie prin adăugarea de molecule care inhibă diferențierea mediului în care cresc celulele.

Spre surprinderea lor, Wang și colegii săi au constatat că adăugarea de royalactină a oprit celulele stem embrionare să se diferențieze, chiar și în absența inhibitorilor.

„A fost neașteptat”, a spus Wang. In mod normal, aceste celule stem embrionare sunt crescute in prezenta unui inhibitor numit factor inhibitor al leucemiei care le opreste sa se diferentieze in mod necorespunzator in cultura, dar am constatat ca royalactina a blocat diferentierea chiar si in absenta LIF. Celulele cultivate fără LIF au crescut fericit până la 20 de generații fără a-și pierde „tulpina”, au descoperit cercetătorii.

Experimente suplimentare au arătat că celulele stem tratate cu royalactină au prezentat profiluri de expresie genică similare celulelor stem crescute în prezența inhibitorilor, producând proteine ​​despre care se știe că sunt asociate cu pluripotență, reducând în același timp producția de proteine ​​importante pentru diferențiere. Cu toate acestea, răspunsul celulelor a fost confuz, deoarece mamiferele nu produc royalactină.

Pentru răspunsuri, cercetătorii au apelat la o bază de date care deduce structura tridimensională a proteinelor. La fel ca o cheie, multe proteine ​​funcționează prin potrivirea exactă împreună cu alte proteine ​​sau molecule biologice. Oamenii de știință s-au întrebat dacă ar putea exista o altă proteină la mamifere care să imite forma, dar nu secvența, a royalactinei.

Wang a găsit o proteină de mamifer numită NHLRC3, care a fost prevăzută să formeze o structură similară cu royalactina și care a fost produsă la începutul dezvoltării embrionare la toate animalele, de la anghile la oameni. Mai mult, au descoperit că NHLRC3, la fel ca royalactina, a fost capabilă să mențină pluripotența în celulele embrionare de șoarece și că a provocat un model similar de expresie genică la ele ca la acele celule expuse la royalactină. Au redenumit proteina Regina, care este latină pentru regină.

Cercetătorii urmează să investigheze dacă Regina are vreo valoare terapeutică în vindecarea rănilor sau regenerarea celulară la animalele adulte. Ei speră, de asemenea, că descoperirea lor îi va ajuta pe cercetători să descopere modalități mai bune sau mai bune de a menține celulele stem embrionare pluripotente atunci când sunt cultivate în laborator.

„Este fascinant”, a spus Wang. Experimentele noastre presupun că Regina este o moleculă importantă care guvernează pluripotența și producerea celulelor progenitoare care dau naștere țesuturilor embrionului. Am conectat ceva mitic cu ceva real.

Mai multe informatii: Derrick C. Wan și colab. Mierea de albine Royalactin deblochează calea conservată a pluripotenței la mamifere, Comunicări despre natură (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-06256-4