новости биологии развития

В работе была разработана оригинальная модельная система, в которой эпителиальные органоиды, полученные из донорского материала эпителия прямой кишки человека, пересаживали в прямую кишку мыши, что позволило изучить свойства эпителия человека in vivo в течение нескольких месяцев.

Кишечный эпителий – это быстро обновляющаяся ткань, знание о свойствах которой в основном базируются на изучении ее у мыши, где период обновления приблизительно равен 3-4 дням. На мышиных моделях в предыдущих работах было показано существование долго живущей, самообновляющейся LGR5+ популяции, клетки которой могли дифференцироваться в различные типы клеток кишечного эпителия. LGR5 – это маркер стволовых клеток взрослого организма. У человека было показано существование LGR5 положительной популяции стволовых клеток эпителия, располагающейся на дне кишечных крипт, однако непосредственное изучение свойств данных клеток до недавнего времени было возможно только в условиях in vitro. В данной работе представлено исследование эпителия прямой кишки человека, перемещенного в кишечник мыши. Таким образом, возможно не только оценить скорость обновления эпителия и маркеры, экспрессируемые клетками, но также изучить влияние на данные свойства факторов, выделяемых клетками окружающих тканей и кишечной микрофлоры.

При отработке модели исследователи добились того, что GFP экспрессирующие эпителиальные органоиды приживались в кишечнике мыши на длительный срок (до шести месяцев) и образовывали крипты, которые были больше по размеру, чем крипты мыши. Также в экспериментально созданном эпителиальном органоиде муциновый профиль бокаловидных клеток соответствовал человеческому. На дне крипт присутствовала LGR5 положительная популяция эпителиальных клеток.

Для более детального изучения свойств LGR5 экспрессирующих клеток эпителия прямой кишки человека при помощи системы CRISPR-Cas9 были созданы органоиды, в которых LGR5 положительные клетки были помечены тамоксифен-индуцируемой CreER. Также в клетки был введен Cre активируемый репортер, переключающий экспрессию GFP на экспрессию других флуоресцентных белков и делающий возможным проследить судьбу потомков исходных клеток.

В следующем эксперименте данные органоиды были пересажены в кишечник мыши. При помощи этого метода было выяснено, что популяция LGR5 экспрессирующих клеток является самоподдерживающейся и потомки этих клеток со временем продвигаются вверх по стенке крипты. Кроме того, была показана способность клеток этой популяции к дифференцировкам в четыре типа клеток кишечного эпителия.

Эксперименты по изучению пролиферации клеток кишечного эпителия выявили сниженную скорость обновления клеток эпителия по сравнению с клетками кишечного эпителия мыши. Кроме того, было показано, что по сравнению с мышью, у крипт, образованных человеческим эпителием меньший процент клеток, расположенных на дне крипты экспрессировал маркер пролиферации ki-67.

Таким образом, была разработана уникальная модель для изучения кишечного эпителия in vivo, позволяющая длительные наблюдения экспериментальных органоидов, помещенных в кишечник живой мыши. На данной модели была выявлена популяция стволовых клеток эпителия прямой кишки человека и детально описаны ее свойства. Помимо фундаментального значения эта технология может иметь и практическое значение, так как за полгода наблюдений у иммунодефицитных мышей не было выявлено образование опухолей, что может говорить о безопасности трансплантации органоидов кишечного эпителия.