ГЕНЕЗИС ПОЧЕК: ВЗГЛЯД НА РАЗВИТИЕ И ОРГАНОИДНЫЕ ИННОВАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 61

Македонская С.А.

врач, магистр Университет Арден (г. Лондон, Великобритания)

ГЕНЕЗИС ПОЧЕК: ВЗГЛЯД НА РАЗВИТИЕ И ОРГАНОИДНЫЕ ИННОВАЦИИ

Аннотация: в этой статье рассматриваются стадии развития почек, с упором на метанефрос, и освещаются последние достижения в технологии почечных органоидов, которые дают представление об этих процессах развития. Обсуждение охватывает развитие пронефроса, мезонефроса и метанефроса, подчеркивая критические взаимодействия между метанефрической бластемой и мочеточниковым зачатком. Кроме того, в статье рассматриваются достижения в области почечных органоидов, которые имитируют почечную архитектуру и служат моделями для изучения развития и заболеваний почек.

Ключевые слова: развитие почек, строение почек, нефрология, нефрон, заболевания почек, регенеративная медицина, клеточная дифференцировка, метанефрос, сигнальные пути.

Развитие почки — сложный процесс, который начинается с формирования нефрогенного тяжа, полученного из промежуточной мезодермы. Этот процесс включает последовательное формирование трех нефрических систем: пронефроса, мезонефроса и метанефроса. Метанефрос, который формирует зрелые верхние мочевые пути, представляет особый интерес из-за его сложного развития, включающего метанефрическую бластему и мочеточниковый зачаток. В этой статье рассматриваются стадии развития почек, уделяя особое внимание метанефросу, и освещаются последние достижения в технологии органоидов почек, которые дают представление об этих процессах развития.

Развитие пронефроса, мезонефроса и метанефроса.

Пронефрос является первой и наиболее рудиментарной из нефрических систем. Он формируется и регрессирует на ранних стадиях развития. У людей пронефрос не имеет функционального значения и часто не обнаруживается у эмбрионов, поскольку состоит из неинтегрированных нефронов с внешними клубочками [4]. Мезонефрос: после пронефроса из средней части нефрогенного канатика развивается мезонефрос. У самцов он сохраняется как вольфовы протоки, образуя такие структуры, как семявыносящий проток и придаток яичка, в то время как у самок он регрессирует [7].

Метанефрос формируется из каудального конца нефрогенного канатика и сохраняется как зрелая почка. Он включает взаимодействие между метанефрической мезенхимой и мочеточниковым зачатком, что имеет решающее значение для развития нефронов и системы собирательных трубочек [6, 8].

Развитие метанефроса и индуктивная сигнализация. Метанефрическая бластема: эта структура дает начало компонентам нефрона, включая клубочки, пространство Боумена, проксимальные канальцы, петлю Генле и дистальные извитые канальцы. Дифференциация этих структур обусловлена сложными сигнальными путями и межклеточной коммуникацией [8, 10]. Мочеточниковый зачаток, полученный из передней промежуточной мезодермы, образует собирательную систему почки, включая собирательные трубочки и протоки, большие и малые чашечки, почечную лоханку и мочеточники. Реципрокная индукция между мочеточниковым зачатком и метанефрической бластемой необходима для правильного развития почки [6, 10].

Достижения в технологии почечных органоидов.

Почечные органоиды, полученные из человеческих плюрипотентных стволовых клеток, имитируют архитектуру почки in vivo и предоставляют модель для изучения развития и заболеваний почек. Эти органоиды сыграли важную роль в понимании протоколов дифференциации, необходимых для формирования нефрона и собирательных трубочек [2, 6]. Недавние достижения улучшили сложность и функциональность почечных органоидов, что позволило изучать

генетические мутации и их влияние на развитие почек. Эти органоиды также предлагают потенциальные приложения в регенеративной медицине и скрининге лекарственных препаратов [2, 10].

Более широкие последствия и проблемы.

Несмотря на значительный прогресс в понимании развития почек и создании почечных органоидов, проблемы остаются. Сложность развития почек, включающая множественные сигнальные пути и типы клеток, создает трудности при воспроизведении этих процессов in vitro. Недавние исследования предоставили информацию о процессах дифференциации, сигнальных путях и технологических достижениях, которые улучшают наше понимание развития почек. Этот ответ будет изучать процессы дифференциации и маркеры развития нефрона, достижения в развитии мочеточникового зачатка и высокотехнологичные методологии в этой области.

Процессы дифференциации и маркеры развития нефрона -индуктивная сигнализация: метанефрическая мезенхима (ММ) и мочеточниковый зачаток (МБ) участвуют в реципрокных индуктивных взаимодействиях, необходимых для развития нефрона. Сигналы от МБ регулируют выживание, пролиферацию и дифференциацию предшественников нефрона [1]. Ниша предшественников нефронов находится под влиянием секретируемых белков, таких как факторы роста фибробластов (Fgfs) и Wnt, которые играют важную роль в развитии клеток-предшественников нефронов [1]. Сигнализация Wnt, в частности Wnt-4, имеет решающее значение для формирования нефронов. Она необходима для развития нефронов и может запускать развитие канальцев в неиндуцированной мезенхиме почек [12]. Этот сигнальный путь участвует в мезенхимально-эпителиальных переходах и росте почек мочеточников [12]. Сигнализация ионов кальция и кальций-связывающих белков участвуют в индукции нефронов и тубулогенезе. Зависящие от кальция сигнальные события имеют решающее значение на раннем этапе развития почек, при этом ядерная кальциевая сигнализация становится ключевым механизмом [5]. Следущий путь сигнализации RET, активируемый нейротрофическим фактором глиальных

клеток (GDNF), является ключевым для морфогенеза почек мочеточника. Этот путь влияет на рост и ветвление почек мочеточника, а мутации приводят к врожденным аномалиям почек [3]. Сотрудничество между сигналами GDNF и фактора роста фибробластов необходимо для правильного формирования почек мочеточника [3]. Сигнализация фактора роста тромбоцитов (PDGF) важна для пролиферации и миграции метанефрических мезенхимальных клеток, которые способствуют развитию почек мочеточника. Синтез ДНК, индуцированный PDGF, включает пути PI3-K и активных форм кислорода (ROS) [13]. Высокотехнологичные методы исследования развития почек. Почка служит модельным органом для изучения органогенеза благодаря доступности передовых методов анализа. Эти методы облегчили понимание закономерностей развития почек и регуляции индуктивных сигналов [9]. Выделение эпителиальных предшественников: изолируя эпителиальные предшественники из метанефрической мезенхимы, исследователи продемонстрировали роль факторов мочеточниковых почек в диверсификации эпителия. Этот подход показал, что почечная строма не является абсолютно необходимой для развития эпителия in vitro [14]. Генетические и молекулярные инструменты: использование генетических и молекулярных инструментов позволило идентифицировать сигнальные гены, участвующие в развитии почек. Эти инструменты помогли выяснить роль различных факторов роста и сигнальных путей в развитии нефрона и мочеточникового зачатка [11].

Кроме того, перевод органоидных исследований в клинические приложения, такие как регенеративная терапия, требует дальнейшего уточнения и понимания базовой биологии развития [2, 8]. В заключение следует сказать, что развитие почки из нефрогенного канатика через формирование метанефроса является высокоорганизованным процессом, включающим несколько стадий и сигнальных взаимодействий. Достижения в технологии органоидов почек предоставили ценную информацию об этих процессах, предлагая новые направления для исследований и потенциальных терапевтических применений. Однако сложность развития почек продолжает создавать проблемы, требующие

постоянных исследований и инноваций. Несмотря на значительный прогресс в понимании развития метанефроса и сигнализации мочеточникового зачатка, остаются проблемы в полном выяснении сложных сигнальных сетей и вовлеченных клеточных взаимодействий. Будущие исследования могут быть сосредоточены на интеграции этих результатов с новыми технологиями, такими как секвенирование РНК отдельных клеток и органоидные модели, чтобы еще больше раскрыть тонкости развития почек.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Carroll T. J., Das A. Defining the Signals that Constitute the Nephron Progenitor Niche // Journal of the American Society of Nephrology. 2013. № 6 (24). C. 873-876;

2. Chambers B. E., Weaver N. E., Wingert R. A. The "3Ds" of Growing Kidney Organoids: Advances in Nephron Development, Disease Modeling, and Drug Screening // Cells. 2023. № 4 (12). C. 549;

3. Costantini F. RET Signaling in Ureteric Bud Formation and Branching Elsevier, 2016.C. 41-56;

4. De Bakker B. S. [и др.]. The Pronephros, a Fresh Perspective // Integrative and Comparative Biology. 2019. № 1 (59). C. 29-47;

5. Gilbert T., Leclerc C., Moreau M. Control of kidney development by calcium ions // Biochimie. 2011. № 12 (93). C. 2126-2131;

6. Gupta N., Morizane R. Kidney development to kidney organoids and back again // Seminars in Cell & Developmental Biology. 2022. (127). C. 68-76;

7. Jain S. Kidney Development and Related Anomalies Elsevier, 2014.C. 27012715;

8. Khoshdel Rad N., Aghdami N., Moghadasali R. Cellular and Molecular Mechanisms of Kidney Development: From the Embryo to the Kidney Organoid // Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2020. (8). C. 183;

9. Krause M. [и др.]. Signaling during Kidney Development // Cells. 2015. № 2 (4). C. 112-132;

10. Nishinakamura R., Taguchi A. From Development to Regeneration Elsevier, 2016.C. 463-472;

11. Sariola H., Sainio K. Cell lineages in the embryonic kidney: their inductive interactions and signalling molecules // Biochemistry and Cell Biology. 1998. № 6 (76). C. 1009-1016;

12. Seppo Vainio Journal of Nephrology. 6. Nephrogenesis regulated by Wnt signaling. 2003;

13. Wagner B. [h gp.]. Mitogenic Signaling via Platelet-Derived Growth Factor p in Metanephric Mesenchymal Cells // Journal of the American Society of Nephrology. 2007. № 11 (18). C. 2903-2911;

14. Yang J. [h gp.]. An Epithelial Precursor Is Regulated by the Ureteric Bud and by the Renal Stroma // Developmental Biology. 2002. № 2 (246). C. 296-310

Makedonskaia S.A.

doctor, master's degree Arden University (London, UK)

GENESIS OF KIDNEYS: VIEW ON DEVELOPMENT & ORGANOID INNOVATIONS

Abstract: article examines the stages of kidney development, with an emphasis on metanephros, and highlights the latest advances in renal organoid technology that provide insight into these developmental processes. The discussion covers the development of pronephros, mesonephros and metanephros, highlighting the critical interactions between metanephric blastema and the ureteral germ. In addition, the article examines advances in the field of renal organoids, which mimic renal architecture and serve as models for studying kidney development and diseases.

Keywords: kidney development, kidney structure, nephrology, nephron, kidney diseases, regenerative medicine, cellular differentiation, metanephros, signaling pathways.