Лекция - Стволовые клетки и их использование

Подождите немного. Документ загружается.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

Во всех перечисленных стволовых клетках присутствовали

сходные наборы предсинтезированных мРНК следующих

классов генов:

1) ранних генов экто-, мезо- и эндодермы;

2) набор мРНК гомеотических (Нох) генов, контролирующих

сегментацию и трехмерную карту зародыша;

3) пять наборов мРНК генов тотипотентности. Каждый набор

факторов тотипотентности увязан с комплементарным

набором факторов и рецепторов пролиферации на

прогениторных клетках в клоне. Особенно существенны

спаренные блоки генов, контролирующие пролиферацию

соседних слоев прогениторных клеток в клоне (типа

Delta/Notch);

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

4) мРНК генов апоптоза, контролирующие численность

прогениторных клеток в клоне. Баланс клеток

достигается за счет миграции и частичной гибели клеток

в клоне. Пролиферация постоянно уравновешивается

миграцией и апоптозом клеток;

5) набор мРНК контрольных генов (master genes)

рестрикционного созревания специализированных

клеточных линий;

6) наборы мРНК генов миграции и навигации

миграторных клеток.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

Таким образом, в основе тотипотентности ЭСК, МСК и

других типов стволовых клеток выявлен универсальный

механизм: направленная активация и последующий

импорт мРНК в ядро. Детали импорта/экспорта

информации между ядром и цитоплазмой в ЭСК плохо

изучены.

Эта концепция тотипотентности подтверждется новыми

наблюдениями, выполненными на одиночных клонах

мезенхимальных стволовых клеток специальной

техникой MICRO-SAGE. Микрометод верифицировал

присутствие мРНК 1200 ключевых генов эмбриогенеза в

одном клоне МСК. Полученные данные поражают

воображение.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

Кругляков П.В., Соколова И.Б., Полынцев Д.Г.

Стволовые клетки дифференцированных тканей

взрослого организма // Цитология. – 2008. - Т. 50,

№ 5. – С. 557–567.

«Взрослые» стволовые клетки

В клонах МСК из взрослой гематогенной ткани

идентифицированы практически все наборы мРНК

зародышевых листков, органогенеза, а также мРНК master-

genes, контролирующих рестрикционное созревание линий

мезенхимального, мезодермального происхождения, экто- и

эндодермы. Клоны МСК по сути представляли собой

библиотеки мРНК ранних этапов органогенеза

и рестрикционного созревания специализированных линий.

Если программы органогенеза обеспечивает направленный

импорт мРНК в ядро для включения новых котранскриптаз,

транскриптаз и транскрипционных комплексов, то

рестрикционное созревание клеточных линий связано с

экспортом мРНК из ядра в цитоплазму с последующей

модификацией белкового фенотипа прогениторных клеток.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

Различия в потенции стволовых клеток разного

происхождения

В зародыше и взрослом организме потенции генома стволовых

клеток существенно варьируют по "ассортименту" фенотипа

специализированных клеток. Более ранние, тотипотентные ЭСК

дифференцируются в любую из 250 линий

специализированных клеток органов. Необходимо подчеркнуть,

что ЭСК in vitro не продуцируют клеток трофобласта, плаценты,

т.е. потенции генома ЭСК меньше зиготы. Соответственно

биологический статус ЭСК меньше статуса раннего

зародыша. Плюрипотентные ЭСК дают более ограниченный

спектр фенотипов. Например, мезенхимальные стволовые

клетки (МСК), локализованные в опорно-сосудистом

каркасе органов, дифференцируются в культуре только в клетки

хряща, кости, кардиомиоциты и миоциты. Монопотентные

стволовые клетки (мышц, жировой ткани, периферических

нервов) созревают до одного преобладающего фенотипа

клеток.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

Стволовые региональные клетки взрослого организма

наделены мультипотентностью - пластичной

плюрипотентностью, которая сильно варьирует в контексте

органа-реципиента. Так, пересадки гематогенных стволовых

клеток в мозг, сердечную или скелетную мышцу приводили к

образованию ткане-специфичных ростков донорской ткани в

органах реципиента. Так, пересадки гематогенных стволовых

клеток в мозг, сердечную или скелетную мышцу приводили к

образованию ткане-специфичных ростков донорской ткани в

органах реципиента. Однократное переливание 0,5 л

донорской женской крови мужчине-реципиенту химеризует

женскими клетками все паренхиматозные органы. Большое

внимание уделяется сейчас мультипотентным МСК взрослых

органов, поскольку эти клетки хорошо мигрируют

и многократно химеризуют ткани. В свою очередь, пересадки

нейрональных стволовых клеток в печень, мышцу или

иммунную систему сопровождались тканеспецифичной

перестройкой фенотипа донорских клеток.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

•Гематопоэзные стволовые клетки (ГСК)

Клетки способные производить все клетки крови

находятся в красном костном мозге.

•Мышечные стволовые клетки (МСК)

•Обонятельные стволовые клетки (ОСК)

Дают начало обонятельным клеткам. Располагаются в

слизистой носа.

•Стволовые клетки печени (СКП)

В нормальном состоянии клетки печени делятся очень

медленно, но под влияниям повреждений или

инфекции пролиферация клеток усиливается

многократно. Имеется 3 популяции клеток,

способных восстановить печень.

Стволовые клетки эмбриона

и взрослого организма

•Нейральные стволовые клетки (НСК)

Нейрогенез в мозге происходит в двух местах:

субвентрикулярной зоне (СВЗ), из которой были изолированы

первые стволовые клетки, и зубчатой извилине гиппокампа.

Зрелые нейроны образуются в обонятельной луковице -

области, в которую мигрируют клетки-предшественники из

СВЗ различными путями, называемыми ростральной

миграционной системой. СВЗ содержит эпендимальные

клетки и астроциты со схожей ролью с клетками стромы в

костном мозге. Эпендимальные клетки и астроциты образуют

каналы - так называемые глиальные трубки, по которым

происходит миграция нейробластов к обонятельной луковице,

где дифференцируются в перигломерулярные или

гранулярные нейроны, которые выстраиваются цепочкой.

Астроциты в трубках обеспечивают питание клеток.

Механизмы коммитирования

стволовых клеток

Коммитирование

– это ограничение возможных путей

развития вследствие детерминации. Коммитирование

совершается ступенчато. Сначала соответствующие

преобразования генома касаются крупных его

участков. Затем все более детализируются, поэтому

вначале детерминируются наиболее общие свойства

клеток, а затем и более частные.

Как известно, на этапе гаструляции возникают

эмбриональные зачатки. Клетки, которые входят в их

состав, еще не окончательно детерминированы, так что

из одного зачатка возникают клеточные совокупности,

обладающие разными свойствами. Следовательно,

один эмбриональный зачаток может служить

источником развития нескольких тканей.

Механизмы коммитирования

стволовых клеток

Последовательная ступенчатая детерминация и

коммитирование потенций однородных клеточных

группировок — дивергентный процесс. Развитие

тканей в эмбриогенезе происходит в результате

дифференцировки клеток. Под дифференцировкой

понимают изменения в структуре клеток в результате

их функциональной специализации, обусловленные

активностью их генетического аппарата. Различают

четыре основных периода дифференцировки клеток

зародыша — оотипическую, бластомерную,

зачатковую и тканевую дифференцировку. Проходя

через эти периоды клетки зародыша образуют ткани

(гистогенез).