Яичники плодовой мушки Drosophila melanogaster были надежной модельной системой для изучения взаимосвязи между сигналами окружающей среды и биологией стволовых клеток. У плодовых мушек GSC дают начало яйцеклеткам и существуют в непосредственной близости от соматических клеток. Соматические клетки состоят из нескольких типов клеток, поддерживающих бутонирование яиц.
Как и в случае с другими стволовыми клетками, при делении GSC одна дочерняя клетка сохраняет идентичность стволовой клетки, а другая дифференцируется на несколько клеток-потомков. Баланс между самообновлением и дифференциацией жестко регулируется как сигналами внутри, так и вне среды, в которой находятся GSC (также называемой нишей). Спаривание является одним из таких внешних сигналов, которые, как известно, увеличивают GSC.
«Хорошо известно, что молекула, называемая половым пептидом из мужской семенной жидкости, активирует нейроны, расположенные в просвете матки.
Ранее мы показали, что эти нейроны необходимы для стимуляции биосинтеза стероидных гормонов яичников с целью увеличения количества GSC », – говорит автор исследования профессор Рюсукэ Нива. «Целью нашего исследования было изучить, как информация от спаривания передается от этих нейронов к GSC на молекулярном и клеточном уровнях."
Для достижения своей цели исследователи применили генетический подход, чтобы исследовать, какой ген отвечает за увеличение GSC при спаривании, и обнаружили, что рецептор октопамина Oamb – это тот рецептор, через который октопамин оказывает свое влияние на GSC.
Затем в ходе серии экспериментов исследователи обнаружили, что Oamb в эскорт-клетках, одном из типов соматических клеток, примыкающих к GSC, модулирует увеличение GSC после спаривания и последующее высвобождение октопамина нейронами. На молекулярном уровне активация Oamb октопамином привела к усилению передачи сигналов кальция в эскорт-клетках. Кальций – это мощная биомолекула, и изменения клеточного уровня кальция сильно влияют на поведение клеток.
Поскольку ранее было показано, что стероидные гормоны яичников участвуют в увеличении GSC, исследователи затем исследовали взаимосвязь между стероидными гормонами яичников и кальций-зависимым увеличением GSC.
Их результаты показали, что стероидные гормоны яичников действительно необходимы для увеличения количества GSC. Затем исследователи спросили, какие молекулы играют роль в стимуляции эскорт-клеток октопамином, и обнаружили, что металлопротеиназа 2 протеинового матрикса необходима для кальций-зависимого увеличения GSC. Наконец, исследователи показали, что нейроны, проецирующиеся в яичники для увеличения GSCs, делают это через специализированные белки, называемые никотиновыми рецепторами ацетилхолина.
Эти результаты дают полную картину того, как активация нейронов приводит к увеличению количества стволовых клеток яичников.
«Это поразительные результаты, которые показывают молекулярный механизм, лежащий в основе взаимодействия нервной системы с поведением стволовых клеток в ответ на сигналы окружающей среды, такие как спаривание», – говорит профессор Нива. «Наши результаты могут помочь раскрыть консервативные системные и нейрональные механизмы регуляции гомеостаза стволовых клеток у животных."