Мезенхимная стволовая клетка

Онкология:

Популярные разделы сайта:

Мезенхимная стволовая клетка - свойства, функции

Как отмечалось, стволовая кроветворная клетка (СКК) способна дифференцироваться по всем линиям кроветворных дифференцировок. Похоже также, что непосредственный предшественник СКК, гипотетический гемангиобласт, может дифференцироваться в эндотелий и участвовать в васкулогенезе (образование эндотелиальных клеток из предшественников) и ангиогенезе (образование новых сосудов). Однако сосуды — единственная часть стромы кроветворных органов, которая может происходить частично от кроветворного предшественника. Между тем строма состоит из многих разнообразных клеток, в ее состав входят фибробласты, адипоциты (жировые клетки), гладкомышечные клетки, остеобласты и остеоциты, теноциты (клетки сухожилий), хондробласты и хондроциты; присутствуют в строме стромальные макрофаги (они, видимо, имеют кроветворное происхождение) и эндотелиальные клетки, возможность кроветворного происхождения которых не отрицается. Все остальные клеточные категории стромы, видимо, не могут дифференцироваться из СКК и, значит, имеют своих предшественников.

Первоначально было неясно, имеет ли собственного предшественника каждая из линий столь различных стромальных клеток. Первый шаг в идентификации мезенхимной стволовой клетки (МСК) был сделан при изучении радиочувствительности клеток, способных переносить кроветворное микроокружение, т. е. предшественников кроветворной стромы. Регрессионный анализ радиочувствительности показал линейный характер зависимости числа стромальных предшественников от дозы облучения. Отсутствие переломов на кривой являлось важным, хотя и косвенным, доказательством наличия одного предшественника для всех клеток кроветворной стромы.

Другой важный вывод из этих работ заключался в том, что такой общий предшественник, позже получивший название МСК, сильно отличается от СКК по основным радиобиологическим характеристикам. Радиочувствительность СКК характеризуется величиной D0 (доза облучения, после которой выживает одна треть популяции на экспоненциальной части кривой радиочувствительности) 100—150 сГр и отсутствием зоны плеча, экстраполяционное число п около 1,0, т. е. гибель СКК начинается при самых низких дозах облучения. В то же время МСК имеют D0 около 450 сГр и зона плеча у них достигает 500 сГр, т. е. гибель МСК после облучения начинается только при дозе, вызывающей гибель 97 % СКК в костном мозге. Наконец, принадлежность этих предшественников к разряду стволовых клеток, а не коммитированных предшественников была доказана их способностью к самоподдержанию: МСК сохраняют несниженную способность к самоподдержанию по крайней мере в течение 9 пассажей in vivo.

Было показано также, что в костном мозге и, возможно, в крови существует клоногенный предшественник, образующий в культуре фибробластоподобные колонии. Несмотря на внешнее подобие, колонии оказались функционально различными, некоторые из них (примерно 10%) были способны к остеогенезу как в системе in vitro, так и при трансплантации в организм, что позволяло предполагать наличие общего предшественника по меньшей мере для фибробластов и остеобластов. Проведенные в дальнейшем многолетние разносторонние исследования подтвердили существование единой полипотентной МСК. В культуре можно наблюдать, как в зависимости от использованных факторов роста и дифференцировки из отдельных колоний (МСК — клонообразующая клетка) развиваются клетки с характеристиками как фибробластов, остеобластов, хондробластов, гладкомышечных клеток, так и клеток эндотелия. Эти категории клеток, за возможным исключением эндотелия, никогда не образуются из СКК.

Интересно, что мезенхимная стволовая клетка (МСК), как и СКК, видимо, имеет иерархическое дерево дифференцировок. Впервые это было обнаружено при переносе костно-мозговых фрагментов in vivo. Оказалось, что формируемый у облученного реципиента очаг кроветворения имеет в 2—3 раза больший размер, чем у необлученного реципиента. Однако ответственные за это предшественники лишены одного из двух главных свойств МСК — способности к самоподдержанию. При пассаже очага в необлученный реципиент образуется очаг обычной величины. Такой предшественник, названный индуцибельным, занимает в иерархии место, аналогичное позиции мультипотентного потомка СКК. Более зрелые стромальные предшественники обнаружены лишь недавно. Из скелетной мускулатуры взрослого животного выделили клетки кроветворного происхождения, способные образовывать как эндотелий, так и гладкие мышцы сосудов. Такие клетки очень медленно замещаются новыми мигрирующими клетками костно-мозгового происхождения (у мыши этот процесс занимает более года).

При разделении мышечных клеток на две популяции — SP («боковая популяция») и не-SP выяснилось, что они содержат разные коммитированные потомки мезенхимной стволовой клетки (МСК): популяция SP содержит предшественники, способные при трансплантации дифференцироваться в эндотелиальные клетки, тогда как клетки не-SP способны дифференцироваться только в гладкомышечные клетки сосудов (обе популяции уже лишены кроветворных дифференцировок). Выделение коммитированных потомков МСК — дело ближайшего будущего.

Сложнее ситуация с самой мезенхимной стволовой клеткой (МСК). Изолировать и тем более клонировать ее трудно. Популяция клеток костного мозга, прикрепляющихся к пластику и дающих колонии фибробластоподобных клеток, крайне гетерогенна как по маркерам дифференцировки, так и по дифференцировочному потенциалу. При клонировании можно получить более гомогенную популяцию, но мультипотентность при этом, видимо, не сохраняется. В целом приходится определять МСК как костно-мозговую клетку, лишенную всех кроветворных маркеров, в том числе CD14, CD34, CD45, и несущую стромальные маркеры CD105, SH2, SH3, SH4, однако экспрессия всех остальных стромальных маркеров различна в зависимости от методов культивирования и выделения МСК. Функционально МСК обладают способностью прикрепляться к пластику и образовывать колонии.

Особенность клеток костного мозга состоит в том, что их дифференцировка при трансплантации зависит от условий эксперимента. При внутривенной трансплантации взвеси костно-мозговых клеток у облученных реципиентов заселяется донорскими клетками только кроветворная ткань, тогда как строма у радиационных химер всегда имеет реципиентское происхождение. Если имплантировать костный мозг фрагментами, то функционируют только МСК, создавая участок гетеротопного кроветворения с костью и кроветворным микроокружением донора МСК, тогда как кроветворные клетки в таком очаге принадлежат в основном реципиенту, т. е. являются потомками мигрировавших в очаг СКК реципиента. В этих опытах использовался иммунологический дискриминационный анализ, при котором происхождение предшественников устанавливалось по отторжению при обратной пересадке в организм, иммунологически несовместимый либо с донором, либо с реципиентом. Независимое сохранение стро-мальных предшественников, способных при ретрансплантации вновь строить кость с кроветворным микроокружением, тогда как иммунологически несовместимые СКК отторгались, явилось веским свидетельством в пользу существования в кроветворной ткани отдельного от СКК предшественника для стромальных клеток, который был выявлен ранее в радиобиологических экспериментах. Таким образом, кроветворная ткань явилась первой, для которой было доказано независимое существование в пределах одной ткани двух разных мультипотентных предшественников — СКК и МСК.

К сожалению, как и для СКК, определение мезенхимной стволовой клетки (МСК) пока только операционное (клетка, способная к повторному переносу микроокружения), так как в культуре даже гомогенные по более чем 50 маркерам клетки имеют разные пролиферативный и дифференцировочный потенциалы.

Важной функцией мезенхимной стволовой клетки (МСК) является построение кроветворного микроокружения, в котором внеклеточный матрикс играет столь же существенную роль, как и клеточные элементы. Белки матрикса необходимы для прикрепления кроветворных клеток, построения для них «дома», а также для компартментализации ростовых факторов, создания необходимого градиента их концентраций в разных участках кроветворного микроокружения. Внеклеточный матрикс состоит из следующих компонентов: коллагена, протеогликанов, селектинов, молекул клеточной адгезии (САМ — cell adhesion molecules), некоторых доменов фибронектина, ламинина, тромбоспондина, интегринов и др. На стромальных клетках экспрессированы молекулы клеточной адгезии, интегрины и другие лиганды рецепторов СКК. В свою очередь на СКК и кроветворных предшественниках обнаружено соответственно более 20 рецепторов различных САМ, к которым относятся суперсемейство Ig CAM, L-селектин и некоторые сиаломуцины. Маркеры СКК, CD34 и некоторые другие маркеры кроветворных клеток CD43, CD45RA и др. представляют семейство сиаломуцинов. Какие из этих рецепторов отвечают за сродство СКК к костно-мозговой строме, до конца неизвестно, однако существуют данные, что такими рецепторами являются а1-интегрины и их лиганды. Возможно, a4b3-интегрин играет важную роль в сродстве СКК к стромальному микроокружению. Изменение конформации этой молекулы нарушает взаимодействие СКК со стромой, что может лежать в основе процесса мобилизации СКК в периферическую кровь. Особая роль клеточных взаимодействий в регуляции СКК видна из того, что основной маркер СКК CD34 является сиаломуцином — молекулой клеточной адгезии.

Начаты исследования молекулярного профиля образующих «ниши» мезенхимной стволовой клетки (МСК). В этих работах были использованы те же подходы, которые применялись для изучения молекулярного профиля СКК, что позволило выявить молекулы, участвующие в глобальной регуляции МСК. В их числе такие важные сигнальные системы, как Wnt (лиганд) и Notch (рецептор), а также другие молекулы [dlk/pref-1, ранее неохарактеризованный «slit-like» (щелевидный) белок]. Обнаружено также большое число ранее неописанных генных продуктов, на основании чего сделано заключение, что судьба СКК в «нише» контролируется многокомпонентной молекулярной сетью. В нее входят молекулы клеточной поверхности (семейство кадхеринов, ламининов, эпидермального ростового фактора 1, суперсемейство иммуноглобулинов и др.), секретируемые молекулы (эпидермальный ростовой фактор, богатые лейцином гомологи щелевидного белка, белок, называемый SRUPL-sushi-repeat, содержание которого повышено при лейкозах, и др.), молекулы внеклеточного матрикса или ремодулирующие его (семейство коллагенов, цинковых металлопротеиназ, ингибиторов сериновых протеаз, тромбоспондинов, цистеиновых протеаз и соматомедина В и др.). Многие обеспечивающие функционирование «ниш» цитокины секретируются именно МСК и ее потомками: FLT-3-лиганд, SCF, LIF, ИЛ-6, -7, -8, -11, -12, -14, -15. В то же время ИЛ-2, -3, -4, -10, -13 стромальными клетками не экспрессируются.
Возможности необычных, не стромальных, дифференцировок мезенхимной стволовой клетки (МСК) обсуждаются далее в статьях на нашем сайте Доммедика.

- Читать "Эмбриональная стволовая клетка - свойства, функции"

Оглавление темы "Гемопоэз":