Лекция - Стволовые клетки и их использование

Подождите немного. Документ загружается.

Механизмы коммитирования

стволовых клеток

Каждая ткань имеет или имела в эмбриогенезе

стволовые клетки

— наименее дифференцированные и

наименее коммитированные. Они образуют

самоподдерживающуюся популяцию, их потомки

способны дифференцироваться в нескольких

направлениях под влиянием микроокружения

(факторов дифференцировки), образуя клетки-

предшественники и, далее, функционирующие

дифференцированные клетки. Таким образом,

стволовые клетки полипотентны. Они делятся редко,

пополнение зрелых клеток ткани, если это

необходимо, осуществляется в первую очередь за счет

клеток следующих генераций (клеток-

предшественников). По сравнению со всеми другими

клетками данной ткани стволовые клетки

наиболее устойчивы к повреждающим

воздействиям.

Механизмы коммитирования

стволовых клеток

Если одна из стволовых клеток вступает на путь

дифференциации, то в результате последовательного ряда

коммитирующих митозов возникают сначала полустволовые, а

затем и дифференцированные клетки со специфической

функцией. Выход стволовой клетки из популяции служит

сигналом для деления другой стволовой клетки по типу

некоммитирующего митоза. Общая численность стволовых

клеток в итоге восстанавливается. В условиях нормальной

жизнедеятельности она сохраняется приблизительно

постоянной.

Совокупность клеток, развивающихся из одного вида стволовых

клеток, составляет стволовой

дифферон.

Часто в образовании

ткани участвуют различные диффероны. Так, в состав

эпидермиса, кроме кератиноцитов, входят клетки,

развивающиеся в нейральном гребне и имеющие другую

детерминацию (меланоциты), а также клетки, развивающиеся

путем дифференциации стволовой клетки крови, т. е.

принадлежащие уже к третьему дифферону

(внутриэпидерминальные макрофаги, или клетки

Лангерганса).

Значение микроокружения

для самоподдержания

популяции стволовых

клеток

Дифференцированные клетки наряду с выполнением своих

специфических функций способны синтезировать особые

вещества —

кейлоны,

тормозящие интенсивность

размножения клеток-предшественников и стволовых клеток.

Если в силу каких-либо причин количество

дифференцированных функционирующих клеток

уменьшается (например, после травмы), тормозящее

действие кейлонов ослабевает и численность популяции

восстанавливается. Кроме кейлонов (местных регуляторов),

клеточное размножение контролируется гормонами;

одновременно продукты жизнедеятельности клеток

регулируют активность желѐз внутренней секреции. Если

какие-либо клетки под воздействием внешних

повреждающих факторов претерпевают мутации,

они элиминируются из тканевой системы

вследствие иммунологических реакций.

Значение микроокружения

для самоподдержания

популяции стволовых

клеток

Выбор пути дифференциации клеток определяется

межклеточными взаимодействиями. Влияние

микроокружения изменяет активность генома

дифференцирующейся клетки, активируя одни и блокируя

другие гены. У клеток, уже дифференцированных и

утративших способность к дальнейшему размножению,

строение и функция тоже могут изменяться (например, у

гранулоцитов начиная со стадии метамиелоцита). Такой

процесс не приводит к возникновению различий среди

потомков клетки и для него больше подходит название

«специализация».

Значение микроокружения

для самоподдержания

популяции стволовых

клеток

Даже следовые концентрации

эндотоксина

в среде

культивирования вызывают массовую гибель незрелых

стволовых клеток. Впрочем получить клетки трофобласта

из ЭСК человека или приматов удается. Недавние

исследования израильско-американских биологов

выявили комбинации из 8 ростовых факторов, которые

направляют дифференцировку эмбриоидных телец в

сторону экто-, мезо- или эндодермы. Так, активин в

сочетании с TGF-beta предпочтительно стимулировал

развитие мезодермы, тогда как комбинация ретиноевой

кислоты, bFGF, EGF, BMP-4 стимулировали одновременное

развитие экто- и мезодермы. Возникновение эндодермы в

культуре не шло без добавления HGF и NGF.

Значение микроокружения

для самоподдержания

популяции стволовых

клеток

Хорошо доказано, что сигналы микроокружения играют

решающую роль в судьбе трансплантированных ЭСК/МСК

in situ. Существенно, что ЭСК/МСК при дифференцировке в

культуре давали лишь "природные" линии

дифференцированных клеток, которые встречались в

организме взрослого животного и человека. Никаких

новых типов клеток или неизвестных линий

дифференцированных клеток из ЭСК не возникало in vitro.

Наблюдения подтверждены другими многочисленными

работами, что снижает риск осложнений и повышает

безопасность клеточной терапии дериватами стволовых

клеток.

Молекулярные маркеры

стволовых клеток

•Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК)

Классическими маркерами ЭСК являются изозимы щелочной

фосфатазы, транскрипционный фактор Осt- 4 , высокая

теломеразная активность и ряд маркеров клеточной

поверхности, например GСТМ-2, TRA 1-60, SSЕА-3 и SSЕА-4,

распознаваемые моноклональными антителами к

специфическим эмбриональным или опухоль-

определяющим антигенам. Физиологическое значение

большинства маркеров остается неясным, за исключением

Осt-4. Исследования, проведенные на ЭСК и эмбрионах

мыши, выявили критическую роль Осt-4 в поддержании

тотипотентности ранних эмбриональных клеток и клеток

зародышевого пути. Дифференцировка клеток внутренней

массы сопровождается понижением уровня Осt-4, а

изменение уровня синтеза Осt-4 в ЭСК в свою очередь

приводит к потере тотипотентности и переходу к

дифференцировке.

Молекулярные маркеры

стволовых клеток

Кроме Осt-4, имеется еще ряд транскрипционных

факторов, синтезируемых в основном

недифференцированными ЭСК, например Nanog,

который занимает важное место в иерархии

факторов, определяющих недифферен-

цированную природу ЭСК, и происхождение.

В последние годы бессмертные тотипотентные

линии ЭСК были выделены из эмбрионов крыс,

коровы, приматов, свиней. Показательно, что все

ЭСК имели не только близкое строение, но и

практически универсальный набор антигенов-

маркеров, (SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-81, TRA-1-60).

Молекулярные маркеры

стволовых клеток

•Гематопоэзные стволовые клетки (ГСК)

Клетки из которых образуются клетки крови имеют

на своей поверхности маркеры CD34, CD59 и Thy1,

по которым могут быть идентифицированы.

•Нейральные стволовые клетки (НСК)

Известны молекулярные маркеры, позволяющие

идентифицировать как стволовые нервные клетки,

так и последовательные фазы их развития, - это

нестин для стволовой клетки, виментин для клетки-

предшественника, бета-тубулин для нейробласта,

GFАР (кислый глиальный фибриллярный белок) для

клетки, "движущейся" в направлении глиального

развития и т. д.

Стволовые клетки взрослого организма

Полипотентные стволовые клетки присутствуют в

некоторых тканях взрослого организма. Стволовые клетки в

организме взрослого человека вырабатывает костный мозг.

Это основной их источник, но далеко не единственный.

Также стволовые клетки обнаружены и в жировой ткани,

коже, мышцах, печени, легких, сетчатке глаза, практически

во всех органах и тканях организма. Они обеспечивают

восстановление поврежденных участков органов и тканей.

Они служат источником клеток различных тканей,

естественным образом выбывающих из строя. Эти клетки

обнаружены не во всех типах тканей, но необходимо

отметить, что исследования в этой области только

начинаются. Так, до недавнего времени считалось, что

нервные клетки не восстанавливаются, однако в последние

годы стволовые клетки нервной ткани были выделены из

нервной ткани взрослых мышей и крыс.

Источники стволовых клеток

у взрослого организма