Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.»




Скачать 475.35 Kb.
НазваниеКопирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.»
страница1/11
Дата17.03.2013
Размер475.35 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11




Это препринт Материалов, направленных 7.07.2011 для публикации в журнале Онтогенез. Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.»


Успехи и подводные рифы эпигенетики на пути к регенеративной медицине

Джагаров Д.Э.


Ключевые слова: репрограммирующие факторы, Oct4, Klf4, Sox2 , c-Myc, Glis1, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – ИПСК (induced pluripotent stem cells – IPSC), эмбриональные стволовые клетки, моделирование болезней, клеточная терапия, теломеры, скрининг лекарств, проверка токсичности препаратов, иммунные реакции, онкоген, плюрипотентность, иммунная система организма, секреторная система типа III (T3SS), Pseudomonas aeruginosa Cre рекомбиназа с последовательностью ядерной локализации (Cre-NLS), микро РНК, кластер miR302/367, TGF-β рецептор II, сигнальный путь TGFβ/Nodal, Lefty1, Lefty2, Smad-2/3 сигнализация, гистон деацетилаза 2 (Hdac2), Nr5a2, Lrh-1, миПС (miiPSc), эпигенетическая память, врожденный дискератоз, цитокины, фибробласты кожи, миофибриллы, клетки крови, гепатоциты, микротубулы, метод прямой трансдифференцировки, Ascl1, Brn2, и Myt1l, Ngn3, Pdx1, Mafa, миосеверин (myoseverin), p21, реверсин (reversine), регенерация, гены ARF и Rb, PLK1, точка рестрикции, окись азота NO, гипоксия, ГИФ (HIF), апоптоз, p53, Oct-4+ SSEA-1+Sca-1+Lin--CD45-- клетки, ОМПЭС (VSEL), тератома, тератокарцинома.


Резюме


Современная медицина испытывает острую нужду в материалах для трансплантации. Решить эту проблему может регенеративная медицина. Появились способы перепрограммирования клеток, усовершенствование которых, позволит получать материал для трансплантации у самого пациента. Однако для этого необходимо преодолеть барьеры, связанные с эпигенетическими особенностями которые приобретают те или иные клетки в ходе онтогенеза. Резкие различия в эпигенетике клеток могут приводить к образованию тератом и канцерогенезу. Знание механизмов регенерации может помочь разработке методов прямой трансдифференцировки клеток, не изменяющих существенно онтогенетические маркеры клеток и поэтому более безопасных.

Джагаров Д.Э. (2011) Успехи и подводные рифы эпигенетики на пути к регенеративной медицине. Онтогенез. Препринт Материалов, направленных 7.07.2011 для публикации.


В отличие от высших растений, которые самой природой приспособлены для бесполого (вегетативного) размножения и клонирования, высшие животные в природе не размножаются бесполым путем. Однако в 1952 году удалось пересадить ядра, взятые из соматических клеток, в оплодотворенную яйцеклетку лягушки, из которой предварительно были удалены пронуклеусы. Оказалось, что по мере продвижения донорных клеток по тому или иному пути дифференциации их ядра утрачивали способность заменять ядро оплодотворенной яйцеклетки. Если при пересадке ядер из клеток очень ранних эмбрионов удавалось получить взрослых лягушек, то трансплантация ядер взятых от взрослых доноров всегда приводила к летальным нарушениям онтогенеза на эмбриональной или личиночной стадии (1). Между тем для решения многих медицинских проблем появилась острая необходимость найти источники для трансплантации органов и тканей без использования посторонних доноров. Громадное количество пациентов умирает, так и не дождавшись необходимого донора, криминальная торговля органами приняла угрожающие масштабы (2). Выход из этой ситуации может дать регенеративная биология и медицина (3, 4).

Разработка методов выделения из эмбрионов и размножения в культуре эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) позволила выяснить условия, при которых ЭС клетки остаются недифференцированными (плюрипотентными) – способными дать начало любому типу клеток организма. Оказалось, что центральную роль в поддержании плюрипотентного состояния ЭС клеток играют транскрипционные факторы Oct4, Sox2 и NANOG (5, 6, 7, 8)

В августе 2006 года японские исследователи Такахаши и Яманака (Takahashi KYamanaka S), используя ретровирусы для модификации клетки четырьмя репрограммирующими факторами Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc, сумели превратить клетки мышинной кожи (фибробласты) в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – ИПСК (induced pluripotent stem cells – IPSC) (9). Год спустя они сумели их получить из клеток кожи человека (10).

Особенностью ИПСК является то, что они, подобно эмбриональным стволовым клеткам ЭСК, способны дать начало многим различным клеткам организма. Доказательством плюрипотентности ИПСК является возможность получения взрослой мыши полностью из ИПСК (11) Поэтому они могут быть использованы для целого ряда целей – включая моделирование болезней, клеточную терапию, скрининг (селективный отбор) лекарств, проверку токсичности различных препаратов и т.д.(12).

Важным преимуществом ИПСК перед ЭСК является то, что они могут быть получены из клеток взрослого организма, а не из эмбриона. Таким образом, этот метод, по идее, позволил брать клетки для клеточной терапии у самого пациента, что позволяет избежать многих проблем связанных с поиском доноров. Выяснилось, что перепрограммирование соматических клеток в ИПСК приводит к их омоложению о чем свидетельствуют данные исследования теломеров (от греч.  τέλος — концевая и μέρος — часть) — концевых участков хромосом состоящих из коротких следующих друг за другом повторов эволюционно консервативной последовательности ДНК. У всех позвоночных эти повторы состоят из шести нуклеотидов TTAGGG. В каждом цикле деления клетки теломеры укорачиваются из-за неспособности ДНК-полимеразы синтезировать копию ДНК до самого конца (13, 14), так как теломера у эукариот обычно заканчивается 3′ концевой одноцепочечной шапочкой (шпилькой) ДНК. Укорочение теломер вызывает старение, так как блокирует деление клетки. Выяснилось, что перепрограммирование приводит к удлинению теломеров и их нормальному укорочению по мере дифференцировки ИПСК обратно в фибробласты (15). Таким образом, при индуцированной плюрипотенции восстанавливается эмбриональная длина теломеров (16), а значит, увеличивается потенциальное число делений клетки (17, 18), ограниченное так называемым возрастным лимитом Хайфлика (Hayflick limit) (19).

Однако на пути внедрения методов лечения с помощью ИПСК оказалось немало «подводных камней» ((20 ,21, 22). Выяснилось, что перепрограммирование клеток может быть недостаточно эффективным (23) или индуцировать мутации (24, 25, 26). Перепрограммированные клетки не могут развиться в некоторые типы клеток (27). В некоторых случаях ИПСК вызывают иммунные реакции, когда они трансплантированы обратно в организм (28, 29, 30). Но, что самое главное, все 4 перепрограммирующих фактора Oct4, Klf4, Sox2 и в особенности c-Myc, являются онкогенами способными индуцировать раковое перерождение клеток (31). Поэтому плюрипотентность и способность к образованию опухолей тесно связанные особенности плюрипотентных стволовых клеток. У взрослого человека и других млекопитающих трансплантация плюрипотентных или эмбриональных стволовых клеток обычно приводит к образованию тератомы (32) – опухоли в которой представлено множество разновидностей дифференцированной ткани вперемешку со стволовыми клетками - которая затем может превратиться в злокачественную опухоль – тератокарциному (33). Если, однако, поместить клетки тератокарциномы в ранний зародыш млекопитающего (на стадии бластоцисты), то они включаются в состав клеточной массы бластоцисты и из такого химерного (то есть состоящего из клеток от разных организмов) эмбриона нередко развивается нормальное химерное животное. Почти во всех органах и тканях таких животных часть дифференцированных клеток происходит из клеток тератокарциномы, которые совместно с клетками нормального происхождения участвуют в построении здорового организма (34, 35). Учитывая то, что по данным цитогенетического анализа, тератокарциномы, как правило, не являются результатом мутации (36) - их образование, очевидно, связано со «сбоем» морфогенеза из-за возрастного несоответствия этапов эпигенетической программы развития ткани взрослых млекопитающих с начальным на котором находятся эмбриональные стволовые клетки и ИПСК.

Возможно, что это взаимодействие ткани взрослых млекопитающих с эмбриональными стволовыми клетками, приводящее к «сбою» программы морфогенеза из-за возрастного несоответствия, обусловлено биомаркировкой возрастных изменений с помощью специальных микроРНК. В роли таких биомаркеров (37) могут выступать так называемые онкогенные миРНК, такие как, например miR-19, и некоторые другие члены кластера miR-17-92 (38), а также микро РНК miR-302–367 (39). Не исключена и эпигенетическая маркировка путем, например, метилирования ДНК (40) или ферментативных модификаций гистонов, приводящих к изменению набора специфических маркеров на поверхности клетки (145).

Организм, у которого активно обновляются ткани, рискует заболеть из-за чрезмерной пролиферации его клеток. Худшим вариантом такого заболевания является рак. К счастью, внутренняя иммунная система организма, включая такие ее составные как клетки-киллеры и система комплемента способны, как оказалось, избирательно удалять недифференцированные клетки, что значительно понижает риск образования опухолей у реципиентов, не страдающих от иммунодефицита. Этому риску также противостоят механизмы подавления опухолевого роста. Одним из таких механизмов является ускоренное старение дефектных клеток. В этом механизме задействованы: сигнальный путь регулируемый белком p53 (41) и сигнальный путь регулируемый белками pRb и p16 Ink4a (42, 43). Мутации в этих белках значительно повышают риск развития рака (44). Вместе с тем именно эти белки играют важнейшую роль в ограничении способности клетки к неограниченному делению (45 , 46) и перепрограммированию в ИПСК (47, 48 ). Обнадеживают и данные о том, что в организме есть гены, которые предотвращают превращение стволовых клеток в раковые. Эту роль выполняет ген Sept4 кодирующий белок ARTS. Белок ARTS обычно локализующийся в митохондриях (49 ), инактивирует белки предотвращающие гибель клеток от апоптоза (программируемой клеточной гибели) (50) и таким образом повышает апоптоз ( 51). Мыши лишенные ARTS образуют опухоли в два раза чаще, чем нормальные.

Тем не менее, несмотря на вышесказанное, способность ИПСК к образованию различных опухолей является главным препятствием на пути внедрения клеточной терапии в клиническую практику (52, 53) Поэтому важно перед трансплантацией клеток проводить их дифференцировку и трансплантировать не ИПСК, а дифференцированные клетки. Универсальные методы для такой дифференцировки уже имеются (54). Тот факт, что ИПСК человека способны к образованию тератом не только в теле человека, но и в организме некоторых животных, в частности в организме свиней, позволил разработать метод дифференцировки ИПСК в условиях in vivo. Для этого ИПСК вводят генмодифицированной свинье, у которой подавлена активация иммунной системы на клетки человека (55), а затем, вырезав образовавшуюся тератому, выделяют из нее необходимые дифференцированные клетки (56), используя моноклональные антитела к тканеспецифичным маркерам на поверхности клеток (145).

Светящиеся клетки свиней позволят отличать их и отбраковывать при выращивании в организме свиней дифференцированных прогениторных клеток человека для регенеративной медицины с помощью тератомы индуцированной из iPS клеток человека.

Были разработаны методы, при которых вероятность раковой трансформации клеток значительно ниже, чем в методике Такахаши и Яманака. Недостатком большинства из этих методов является очень низкая эффективность перепрограммирования (57). Так например, метод перепрограммирования путем прямой доставки перепрограммирующих белков в клетки имеет эффективность на порядок ниже, чем методика Такахаши и Яманака (58). Совсем недавно, однако появилась модификация методики Яманаки, которая за счет использования в сочетании с факторами Oct3/4, Sox2 и Klf4 вместо онкогена c-Myc транскрипционного фактора Glis1 (59), позволила поднять эффективность транскрипции в 10 раз (60). По утверждению авторов Glis1, которым обычно обогащены неоплодотворенные яйцеклетки и эмбрионы на стадии одной клетки, значительно снижает риск раковой трансформации, так как предотвращает репродукцию клеток, которые не смогли полностью преобразоваться в ИПСК. Такие несовершенные клетки трудно отличить от качественных ИПСК, но они имеют более высокий риск раковой трансформации. Особенностью Glis1 является его способность связываться с γ-рецептором ретиноевой кислоты RORγ, который, как известно, регулирует «часовые» гены (clock-controlled genes), в частности регулятор клеточного цикла p21 (61).

Более сложный по теории, но легкий в исполнении метод заключается в доставке факторов, понижающих активность онкогенов перепрограмировавших клетку. В частности ингибирование in vivo гена FOXO1 с помощью интерференционной РНК сильнейшим образом снижает синтез OCT4, NANOG и  SOX2, и таким образом предотвращает образование тератом (62).

Такой метод, позволяющий убрать из клеток факторы, использованные при перепрограммировании непосредственно в организме – in vivo, если удастся повысить его эффективность, можно будет сочетать с методами перепрограммирования клеток непосредственно в организме. Такими как например, метод перепрограммирования in vivo некоторых из составляющих более 90- 95% экзокринных клеток поджелудочной железы в β-клетки производящие инсулин (63). Недостатком этого потенциально очень перспективного метода (из-за простоты его исполнения – сделал инъекцию и готово) является то, что для доставки в целевые клетки, необходимых для трансдифференцировки клетки факторов транскрипции (нейрогенина (Ngn3), активатора генов инсулина и соматотропина (Pdx1) и Mafa – фактора связывающего активатор инсулинового гена β-клетки  RIPE3b), используются вирусы и вероятность образования опухоли в результате такого лечения весьма высока (64).

Другим способом преодоления ограничений связанных с внедрением в перепрограммируемые клетки вирусов или вирусной ДНК, а также с избыточной активностью генов плюрипотенции

является использование микро РНК (65, 66 ). Появился даже новый термин миРИПС (mir iPS) для обозначения ИПСК полученных с помощью микроРНК (67). Использование микро РНК может позволить проводить контролируемое перепрограммирование (трансдифференцировку) клеток непосредственно из одного типа дифференцированных клеток в другой минуя необходимость возвращать клетки в состояние плюрипотенции (68).

Обнаружено, что ингибирование семейства микроРНК - let-7, которые регулируют синтез факторов RAS (Ras GTPases) (69), приводит к дедифференцировке соматических клеток (70). Подавление TGF-β рецептора II с помощью микро РНК miR-93 повышает образование ИПСК (71). Использование микроРНК уже приносит обнадеживающие результаты. Так, например, появились методы, позволяющие повысить эффективность перепрограммирования на два порядка по сравнению со стандартным методом (72). Суть этих методов в использовании кластера микро РНК miR302/367 которые синтезируются в больших количествах только в эмбриональных стволовых клетках, но не во взрослых стволовых клетках или эмбриональных, но дифференцированных клетках (73). Функционально кластер miR302/367 является регулятором клеточного цикла в ЭС клетках поддерживающих самообновление и плюрипотентность. Показано, что он действует на сигнальный путь TGFβ/Nodal понижая на посттранскрипционном уровне активность Lefty1 и Lefty2 являющихся ингибиторами Nodal (т.е. посредством Smad-2/3 сигнализации). Это действие кластера miR302/367 предотвращает образование маркеров характерных для образования зародышевых мезодермы, эндодермы и эктодермы (74). Перепрограммирование достигается за счет активации эндогенного онкогена Oct4 под воздействием miR367 и подавления гистон деацетилазы 2 - Hdac2 (75) . Ранее было показано, что в присутствии некоторых небольших молекул (76) достаточно одного только онкогена Oct4 чтобы перепрограммировать фибробласты (77, 78 ). Oct4 является одним из наиболее важных транскрипционных факторов необходимых для поддержания дедифференцированного состояния (самообновления) и плюрипотентности. Кроме того Oct4 является уникальным по своей роли в индукции плюрипотентности так как кроме ядерного рецептора (nuclear receptor 5а2) Nr5a2 (известного также как Lrh-1) (79) и Е-кадхерина (E-cadherin) (эпителиального белка ответственного за межклеточную адгезию) (80, 81) ни один другой транскрипционный фактор не может его заменить. В то же время Sox2, Klf4, и c-Myc могут быть заменены другими факторами (82). Более того введение в Oct4 синтетического трансактивирующего домена VP16 делает его способным в одиночку перепрограммировать эмбриональные фибробласты в иПСК (83), а введение в фибробласты в дополнение к Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc  мощного трансактивирирующего домена MyoD повышает эффективность перепрограммирования более чем в 50 раз (84).


При исследовании ДНК ИПС клеток полученных из различных источников было обнаружено, что она содержит характерные для исходных клеток химические модификации (например, метилированные основания). Таким образом, при перепрограммировании некоторые элементы эпигенетической памяти остаются не стертыми (85, 86). Именно этим очевидно объясняется то, что ИПС клетки в отличие от эмбриональных не могут дать начало некоторым видам дифференцированных клеток. При этом характерные эпигенетические особенности клеток взятых для перепрограммирования сохраняются даже после длительного культивирования и дифференцировки в специализированные типы клеток (87). Поэтому перед использованием той или иной линии ИПС желательно провести ее тестирование на эпигенетические и транскрипционные особенности (88, 89).

В связи с эпигенетической памятью следует отметить тот факт, что перепрограммированные клетки, полученные из клеток больных пациентов, могут сохранять патологические особенности связанные, например, с мутацией (90). Так, перепрограммирование в ИПС клетки клеток взятых от пациентов с врожденным дискератозом, даже если эти клетки были в недифференцированном состоянии, не приводит к обычному обновлению теломер и они сохраняют дефект в соответствии с клинической тяжестью заболевания (91).

Альтернативным подходом к перепрограммированию клеток для автологичной (самому себе) клеточной терапии, дающим  возможность избежать целого списка осложнений, связанных с использованием плюрипотентных клеток (опухолей и т.д.) является метод получения клеток крови из кожи без промежуточной стадии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (92). Метод основан на внедрении гена Oct4, и  добавлении цитокинов, что позволяет перепрограммировать фибробласты кожи так, что те порождают линии гранулоцитов, моноцитов, мегакариоцитов и эритроидных клеток. При этом важным преимуществом является то, что образующиеся клетки крови относятся к взрослому типу клеток (93), а не к эмбриональным клеткам крови, которые обычно образуются из ИПСК или ЭСК. Предполагается, что этот подход позволит в недалеком будущем делать переливания крови пациентам с анемией, при хирургических вмешательствах, больным раком и т. д., кровью полученной из их собственной кожи. Стратегия аналогичного подхода разработана и для получения кардиомиоцитов (94) и клеток печени (95). Идентифицированы транскрипционные факторы, которые могут служить для разработки «коктейля» факторов необходимых для прямой трансдифференцировки соматических взрослых клеток непосредственно в клетки печени – гепатоциты (96). Вызвав избыточный синтез транскрипционных факторов Ascl1, Brn2, и Myt1l удалось преобразовать фибробласты человека непосредственно в нейроны (97).

Еще один способ перепрограммирования заключается в поэтапном моделировании на скелетной мышце млекопитающих процессов, которые происходят у амфибий при регенерации конечности. Ключевыми событиями при этой регенерации являются: 1.) разделение мышечного волокна, представляющего собой многоядерный синтиций, на отдельные одноядерные клетки – клеткаризация (fiber cellularization) и 2.) последующая дедифференцировка (98). Оказалось, что клеткаризацию мышечных волокон можно вызвать их инкубацией с миосеверином (myoseverin) (99) который разрушает сеть микротубул (100, 101).

Активную пролиферацию и дедифференциацию образовавшихся клеток позволяет вызвать ингибирование синтеза (кодируемого геном CDKN 1A) белка p21, который, как известно, является регулятором клеточного цикла в стадии G1, когда происходит выбор, будет ли клетка делиться, пройдя точку рестрикции (102), или будет находиться в состоянии покоя.  Дальнейшая дифференцировка полученных клеток в немышечные (адипогенные, остеогенные и др.) прогениторные клетки достигается с помощью небольшой молекулы (103) называемой реверсином (reversine (2-(4-morpholinoanilino)-6-cyclohexylaminopurine).

Таким образом, с помощью химических веществ, в условиях культуры мышечных клеток млекопитающих, которые, как известно, не способны регенерировать конечности, удалось индуцировать процессы аналогичные тем которые протекают при регенерации конечностей у амфибий (104).

Следует отметить, что прогениторные клетки бластемы отличаются как от эмбриональных стволовых клеток, так и от ИПСК тем, что хотя они и дедифференцированы, но не до такой степени плюрипотентности. Эмбриональные стволовые клетки, а также ИПСК можно использовать для клонирования целого организма, но они непригодны для бластемы, задача которой восстановить конкретную часть организма (руку или ее часть, ногу, почку, сетчатку глаза, зуб и т.д.). Есть надежды, что можно будет лечить повреждения, вызванные огнестрельными ранениями мышц, или даже инфарктом миокарда, путем стимуляции образования прогениторных мышечных клеток с помощью инъекций интерференционных РНК ингибирующих Rb и ARF. Известно, что мишенью Rb (ген подавляющий опухоль - ретинобластому) является важный для регенерации сердца (105) фермент PLK1 (Polo-like kinase 1), необходимый для митоза и подавления регулируемого белком p53 апоптоза (106, 107). В экспериментах с генами Rb и Ink4A (продуктом гена ARF, который присутствует в геноме высших позвоночных животных, но отсутствует у тритона и саламандры) было показано, что инактивация Rb приводит к активации деления мышечных клеток у саламандры (но не у млекопитающих). Совместное отключение (с помощью «нокдауна генов» интерференционной РНК) и ARF и Rb приводит к дедифференцировке клеток млекопитающего (мыши) и их активной пролиферации как у раковых клеток. По мнению авторов исследования, за появление в геноме млекопитающих гена ARF они заплатили потерей способности к такой регенерации, как у тритона и саламандры (108). Важно отметить, что в этом исследовании удалось превратить вырезанный лазером миоцит, который уже потерял способность к делению, в миобласт, способный образовывать колонии миобластов, пригодных для дифференцировки in vivo в миофибриллы, после трансплантации в мышцу. Если удастся показать, что такие, выращенные в пробирке миобласты, не приводят после трансплантации в организм к образованию в последующем опухоли и что они работоспособны и правильно интегрированы в мышцу, можно будет использовать этот метод в хирургической практике.

В будущих исследованиях, на наш взгляд, следовало бы учитывать и другие изменения связанные с образованием регенерационной бластемы. Сравнение различий в механизмах «натуральной» трансдифференциации клеток, вызванных регенерационной реакцией in vivo,  с механизмами перепрограммирования in vitro,  может помочь выявлению природы регенеративных процессов (109).

Показано, что при регенерации дедифференцированные клетки синтезируют характерные для их состояния факторы, такие как, например: Nrad (110), msx1 (111), rfrngand notch (112). Вместе с тем синтезируются факторы необходимые для перепрограммирования клеток. Так, например, активируется синтез транскрипционного фактора Lin 28, который, как известно, блокирует созревание let-7 микроРНК в эмбриональных стволовых клетках мыши (113). и в сочетании с генами Oct4, Sox2 и Nanog используется для перепрограммирования фибробластов в ИПСК (114). Кучу сигналов выделяет эпидермис: ростовые факторы (Fgf8), факторы поляризации и митогены (Wnt), паракринные факторы (Activinβ-A) (115). В мезенхиме бластемы, выделяемый нервами митоген nAG - newt Anterior gradient(116), Fgf 20а и многие другие (117)


Помимо активации определенных генов, для регенерации организм создает особые условия. Созданием этих условий занят эпидермис покрывающий рану. При исследовании интенсивности синтеза различных белков в регенерирующей конечности аксолотля обнаружено, что активнее всех белков в бластеме синтезируется синтетаза окиси азота (neuronal nitric oxide synthase- NOS1) – белок, идентифицированный как фермент синтезирующий окись азота NO – газ, обладающий широким спектром биологического действия. Активность синтеза NOS1 превышала синтез других белков с первого по 7-й день после ампутации конечности (118). Ген, кодирующий NOS1 активируется также в культе конечности Xenopus на стадии когда регенерация возможна, но не активен на стадии когда способность к регенерации отсутствует (119). Иммунное окрашивание показало, что NOS1 синтезируется главным образом в эпидермисе бластемы в период ее формации. Такая локализация NOS1 свидетельствует о том, что NO (являющийся индифферентным газом способным быстро диффундировать и свободно проникать через плотные клеточные слои и межклеточное пространство) диффундируя из эпидермиса вглубь бластемы и связываясь там с кислородом воздуха (замечательное свойство NO непосредственно связываться с кислородом воздуха, образуя двуокись азота) может поддерживать состояние гипоксии и, таким образом имитирует в бластеме условия приближенные к ранним стадиям развития зародыша. Такие условия, очевидно, необходимы для контроля индуцируемых гипоксией факторов – ГИФ (HIF) (120), которые играют важную роль в регуляции способности клеток к дедифференцировке и пролиферации (121, 122). Помимо этого окись азота, обладая бактерицидными свойствами, поддерживает стерильность в ране (123). Однако главное что дает NO регенерирующей ткани - это активация защиты от возможности канцерогенеза (124), что, в частности, связано с активацией апоптоза (125) в результате активации синтеза p53. Кроме того окись азота регулирует работу сократительного белка миозина (126, 127), который, как известно, может играть ключевую роль в организации идущего в бластеме морфогенеза, так как контролирует адгезию, поляризацию и миграцию клеток (128). Эти функции миозин выполняет вслед за актином – мышечным белком, который выполняет роль инициатора этих процессов, обладая способностью к направленной полимеризации регулируемой Rho GTPазой (Rho GTPases) (129). Не менее важную роль при регенерации, очевидно, выполняет и другой газ – перекись водорода. Показано, что выделяемая поврежденной кожей перекись водорода является ключевым сигналом к регенерации сенсорных аксонов (130).

Определенные надежды (131) вселяет открытие в костном мозге плюрипотентных  очень маленьких похожих на эмбриональные ОМПЭС (very small embryonic-like (VSEL) плюрипотентных стволовых клеток Oct-4+ SSEA-1+Sca-1+Lin--CD45-- (132 ,133), которые возможно участвуют в обновлении тканей (134). Оказалось, что при необходимости организм выбрасывает эти клетки в кровь, в ответ на действие хемоаттрактантов таких как фактор 1 из стромы (stromal derived factor-1 - SDF-1), ростовой фактор гепатоцитов (hepatocyte growth factor -HGF), и ингибиторный фактор лейкемии (leukemia inhibitory factor - LIF) .

Активировать выход этих клеток в кровь можно искусственно с помощью мобилизующих агентов (135), таких как созданный методом генетической инженерии, фактор-стимулятор колоний гранулоцитов (granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF). Несмотря на то, что VSEL активно синтезируют онкоген Oct4, эти клетки, как утверждают авторы исследования, гораздо менее опасны в отношении возможности развития рака, чем ИПСК и ЭСК (136). Не образуют они и тератому, что очевидно связано с тем, что они имеют тот же возраст (а значит и те же онтогенетические маркеры) что и окружающие их ткани. Хотя возможно, и то, что они каким-то образом подавляют эпигенетические сигналы со стороны окружающих их клеток или реагируют на них особым образом. Предполагается (137) , что это связано с уникальным характером метилирования ДНК на участках принадлежащих некоторым онтогенетически важным генам (Igf2-H19 локус, Igf2R и RasGRF1), регулирующим сигнализацию: инсулин / инсулиновых ростовых факторов 1 и 2 (insulin/insulin growth factor-1 and -2 (Ins/Igf) (138). Поэтому, когда VSEL находятся в состоянии покоя в них остаются активными H19 и p57 (известный также как Cdkn1c) и в то же время репрессированы Igf2 и RasGRF1. Стоит, однако, их поместить в совместную культуру с клеточной линией C2C12, как характер метилирования генов меняется и VSEL начинают образовывать сферы (VSEL-derived spheres - VSEL-DSs), обогащенные стволовыми клетками, способными дифференцироваться в клетки любого из трех зародышевых листков (139). Несмотря на радужные надежды, связанные с тем, что VSEL могут выходить из костного мозга в кровь при гипоксии (140), и возможно участвуют в регуляции восстановления сердечной мышцы (141, 142), возможность их использования для регенеративной медицины пока недостаточно аргументирована. В частности, настораживает форма VSEL-DSs, которая может свидетельствовать об их трансформации в постоянную линию. По некоторым свойствам VSEL похожи на перициты – клетки соединительной ткани, которые обычно участвуют в образовании и росте небольших кровеносных сосудов (143). Являясь сравнительно малодифференцированной клеткой, перицит может, при необходимости, дифференцироваться и в фибробласты, и в гладкомышечные клетки, и в макрофаги, и в клетки кости, хряща, жира. Кроме того, они оказались регуляторами регенерации кожи, влияющими путем синтеза и секреции цепи α5 белка LM-511/521 на способность клеток эпидермиса к пролиферации (144).

Мы надеемся, что данная обзорно-аналитическая статья послужит путеводителем для начинающих исследователей и будет содействовать стимуляции исследований в области клеточной биологии и эпигенетики, направленных на преодоление сложностей связанных с возрастным несоответствием ИПСК и ЭСК с тканями реципиентов.

145
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» icon1998: Electronic Publishing Guide: the Essential Resource for Electronic Publishing. San Jose, ca: Adobe Press

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconBB54661 (con.) Publishing Company. Publishing Company

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconTaos Institute Publishing

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconAaa milwaukee publishing co

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconAaa milwaukee publishing co

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconAaa milwaukee publishing co

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconAaa milwaukee publishing co

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconThe publishing of electronic scholarly

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconGregath Publishing Company, Incorporated

Копирайт Издателя «Pleiades Publishing, Ltd.» iconPublished by Garconer Publishing at Smashwords

Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница