CC BY
76
I I I I I I
Ш
Новости клеточных технологий
5. Chambers I., Colby D., Robertson M. et al. Functional expression cloning of Nanog, a pluripotency sustaining factor in embryonic stem cells. Cell 2003; 113: 643-55.
6. Mitsui K., Tokuzawa Y., Itoh H. et al. The homeoprotein Nanog is required for maintenance of pluripotency in mouse epiblast and ES cells. Cell 2003; 113: 631 -42.
7. James D., Levine A.J., Besser D., Hemmati-Brivanlou A. TGFbeta/activin/ nodal signaling is necessary for the maintenance of pluripotency in human embryonic stem cells. Development 2005; 132: 1273-82.
8. Dezawa M., Hoshino M., Ide C. Treatment of neurodegenerative diseases using adult bone marrow stromal cell-derived neurons. Expert. Opin. Biol. Ther. 2005; 5: 427-35.
9. Dezawa M., Ishikawa H., Itokazu Y. et al., Bone marrow stromal cells generate muscle cells and repair muscle degeneration. Science 2005; 309: 314-7.
10. Gu P., LeMenuet D., Chung A.C. et al. Orphan nuclear receptor GCNF is required for the repression of pluripotency genes during retinoic acid-induced embryonic stem cell differentiation. Mol. Cell. Biol. 2005; 25: 8507-19.
Подготовила T.B. Лопатина По материалам Cell 2005; 122: 947-956
Новые данные в изучении механизма миграции и хоуминга клеток по оси SDF-1 - CXCR4
Миграция стволовых клеток в костный мозг и другие органы через стенку сосуда - это сложный процесс, наиболее интенсивно протекающий при репарации места повреждения и при воспалении. Как известно, миграционная способность клеток обусловлена биохимическими сигналами, распознаваемыми системой рецепции клетки и её способностью к хемотаксису. Этот процесс протекает с участием ряда сигнальных молекул (SDF-1, SCF, LFA-1, VLA-4/5 и CD44) и заканчивается «заякориванием» клетки в своей нише. В настоящее время самым изученным фактором хоуминга стволовых и прогениторных клеток является рецептор - лигандная ось - CXCR4 - SDF-1 [stromal-derived factor-1).
Хемокин SDF-1 обладает большим спектром функций как в пре-, так и в постнатальном развитии. Эндотелиальные предшественники, остеобласты и другие клетки стромы костного мозга [КМ) экспрессируют и секретируют SDF-1 [9]. Этому фактору приписывается роль хемоаттрактанта в процессе ангиогенеза для эндотелиальных предшественников, а также для хоуминга гемопоэтических клеток в естественную нишу. Правильное взаимодействие SDF-1 с его рецептором важно при развитии нервной, кровеносной и сердечно-сосудистой систем в онтогенезе, а во взрослом организме регулирует подвижность и дифференцировку эндотелиальных предшественников и гемопоэтических стволовых клеток [ГСК) [3-6]. Считается, что этот белок осуществляет мобилизацию клеток из костного мозга [10]. В работе Yamaguchi J. показано привлечение эндотелиальных предшественников под воздействием SDF-1 в ишемизированный участок ткани [1]. Также было зафиксировано повышение уровня SDF-1 в кровотоке в течение нескольких дней после экспериментального инфаркта миокарда [2]. В последнее время SDF-1 активно изучается как фактор хоуминга и миграции не только стволовых и прогени-торных клеток [4-7,10], но и раковых клеток в процессе мета-стазирования [7, 8].
В недавней работе, опубликованной в журнале Nature Immunology, израильские ученые подробно описали механизм переноса SDF-1 через границу «кровь - костный мозг». CXCR4-рецептор экспрессируется на эндотелии и стро-мальных клетках КМ, он имеет уникальную функцию захвата SDF-1 из крови, вызывая его транслокацию [перемещение) в КМ. Однако механизмы захвата SDF-1 и его транслокации в КМ практически не изучены. Авторы предположили, что CXCR4 эндотелиальных клеток в КМ действует как интерцептор в селективном барьере «кровь - костный мозг» и регулирует количество SDF-1 в КМ.
Ученые обнаружили, что CXCR4 на эндотелии обуславливает перенос циркулирующего SDF-1 в костный мозг, что значительно повышает хоуминг человеческих CD34+ клеток в свою естественную нишу. В работе впервые приводятся результаты по иммуноцитохимической идентификации SDF-1 и его рецептора в КМ [синусоиды, эндост). Коэксп-рессия SDF и CXCR4 на эндотелии указывает на существование аутокринной петли регуляции экспрессии CXCR4.
Способность SDF-1 преодолевать эндотелиальный барьер была исследована путем введения биотинилированного фактора в кровь SCID-мышей. Его присутствие и количество измеряли в КМ в разные промежутки времени после введения. Содержание как интактной, так и расщепленной формы SDF-1 в кровотоке со временем уменьшалось, и происходило накопление фактора в КМ. Для выявления роли CXCR4 исследователи заблокировали его моноклональными антителами, что привело к значительному снижению содержания SDF-1 в КМ. Авторы заключают, что транспорт SDF-1 не происходит путем пассивной диффузии через плотные контакты между эндотелиальными клетками, это рецептор-зависимый процесс клеточного переноса.
Затем ученые показали, что SDF-1 захватывается и переносится именно эндотелиальными клетками. Этот процесс идет с участием вторичных мессенджеров - так называемых G-белков. Методом конфокальной микроскопии были выявлены участки локализации в микрососудах и микроструктура пузырьков с SDF-1. В опытах in vitro эндотелиальные клетки также секретировал SDF-1 в среду культивирования, причём фактор действовал как хемоаттрактант для пре-В (лейкемических) и CD34+ клеток в системе Transwell [стандартный тест на миграцию).
Наконец, функция транспортированного SDF-1 была исследована in vivo. Мышам после введения фактора пересадили человеческие CD34+ клетки и фиксировали их присутствие в КМ и селезенке животных. Введение SDF-1 перед трансплантацией ГСК значительно усиливало их хоу-минг в костном мозге и селезёнке.
Таким образом, результаты работы приближают нас к полному пониманию процессов хоуминга ГСК, опосредованного взаимодействием SDF-1/CXCR4. Возможная схема последовательных событий включает: захват свободного активного SDF-1 эндотелиальными клетками за счёт связывания с CXCR4 на его поверхности, перенос всего комплекса через эндотелиальную клетку, распад комплекса, попадание освобожденного SDF-1 в строму КМ. При этом
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия № 1 (3), 2006
I I I I I I
Ш
Новости клеточных технологий
создается локальный градиент [повышенная концентрация SDF-1), по которому идет хемотаксис высокоподвижных циркулирующих СХС134+ ГСК в свою естественную нишу. Эндотелиальные и стромальные клетки КМ ответственны за распределение SDF-1 из кровотока в нишу для ГСК через интерцепторный механизм.
Такой алгоритм событий обеспечивает хорошую связь между удаленными друг от друга органами и костным мозгом, является ключевым молекулярным процессом, обеспечивающим хоуминг и мобилизацию гемопоэтических стволовых и эндотелиальных прогениторных и ряда других клеток как в норме, так и при патологии.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Yamaguchi J., Kusano K.F., Masuo O. et al. Stromal cell-derived factor-1 effects on ex vivo expanded endothelial progenitor cell recruitment for ischemic neovascularization. Circ. 2003; 107: 1322-8.
2. Askari A.T., Unzek S., Popovic Z.B. et al. Effect of stromal-cell-derived factor 1 on stem-cell homing and tissue regeneration in ischaemic cardiomyopathy. Lancet 2003; 362: 697-703.
3. Nagasawa T., Hirota S., Tachibana K. et al. Defects of B-cell lymphopoiesis and bone-marrow myelopoiesis in mice lacking the CXC chemokine PBSF/SDF-1. Nature 1996; 382: 635-8.
4. Tachibana K., Hirota S., lizasa H. et al. The chemokine receptor CXCR4 in haematopioetic is essential for vascularization of the gastrointestinal tract. Nature 1998; 393: 595-9.
5. Zou Y.R., Kottmann A.H., Kuroda M. et al. Function of the chemokine receptor CXCR4 in haematopoiesis and the cerebellar development. Nature 998; 393: 595-9.
6. Peled A., Petit I., Kollet O. et al. Dependence of human stem cell engraftment and repopulation of NOD/SCID mice on CXCR4. Science 1999; 283: 845-8.
7. Muller A., Homey B., Soto H. et al. Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis. Nature 2001; 410: 50-6.
8. Sun Y.X., Wang J., Shelburne C.E. et al. Expression of CXCR4 and CXCL12 [SDF-1) in human prostate cancers [PCa) in vivo. J. Cell Biochem. 2003; 89: 462-73.
9. Imai K., Kobayashi M., Wang J. et al. Selective secretion of chemoattractants for hematopoietic progenitor cells by bone marrow endothelial cells: a possible role in homing of haematopioetic progenitor cells to bone marrow. Br. J. Haematol. 1999; 106: 905-11.
10. Hattori K., Heissig B., Tashiro K. et al. Plasma elevation of stromal-cell -derived factor-1 induces mobilization of mature and immature haematopoietic progenitors and stem cells. Blood 2001; 97: 3354-60.
Подготовила В.С.Мелихова По материалам Nat. Immonol. 2005; 6: 1038
Негативные последствия феномена слияния клеток
костного мозга
Феномен слияния клеток костного мозга [ККМ) с другими ткане-специфичными специализированными клетками in vivo в процессе регенерации широко обсуждается при исследовании стволовых клеток и в клеточной трансплантологии. Современный этап изучения этого биологического феномена в контексте регенерации поврежденного органа и клеточной терапии начался несколько лет назад, когда Terada показал, что ККМ могут спонтанно сливаться с эмбриональными стволовыми клетками и впоследствии приобретать фенотип клетки-хозяина [1 ]. Исследователи указывают, что слияние ККМ с клетками паренхимы в процессе регенерации может маскировать другой биологический феномен - так называемую «трансдифференцировку», однако не отрицает её существование. Далее несколькими исследовательскими группами было показано, что ККМ мыши и человека после их трансплантации в моделях повреждения органов могут спонтанно сливаться с гепатоцитами [2, 7], скелетными миоцитами [3, 6], кардиомиоцитами [4, 5], клетками головного мозга [5].
При изучении этого феномена было установлено, что относительно легко сливаются моноцитарно-макрофагальные клетки [7], миелоидные предшественники и гемопоэтические клетки [6, 7] костного мозга. Оказалось, что стромальные мезенхимальные стволовые клетки также подвержены этому явлению [8]. В результате слияния образуются клетки-гибриды, которые могут иметь 4n или 8n гетерокарионы, фено- и генотипические характеристики обоих клеточных типов [1-10]. Слияние клеток может способствовать передаче вирусов [9], а слияние ядер [образование синкари-онов) приводит к перемешиванию хромосомной ДНК и способствует генетической нестабильности [9, 10].
Биологический смысл и значение этого феномена остаётся загадкой [10]. В модели повреждения органа слияние
ККМ с гепатоцитами приводило к регенерации печени [7]. В других работах показано, что слияние не имеет никакого терапевтического значения [11, 12] или даже может привести к прогрессу заболевания [12].
Недавнее исследование группы Teгashima демонстрирует, что процесс слияния ККМ в процессе регенерации может привести к негативным последствиям. Изучали механизмы регенерации с участием ККМ на модели сахарного диабета, в частности - патогенез диабетической невропатии. Поскольку в предыдущих работах на моделях диабета было показано [13], что проинсулин-продуцирующие клетки, происходящие из костного мозга, появляются во многих органах [экстрапанкреатически), авторы предположили, что эти же клетки могут участвовать и в патогенезе осложнений сахарного диабета.
В первой серии экспериментов было установлено, что у крыс с моделью диабета появляются проинсулин и инсулин-позитивные клетки экстрапанкреатической локализации. В седалищном нерве и в спинномозговом нервном ганглии [СНГ) крыс-диабетиков такие клетки также экспрессировали пан-лейкоцитарный маркёр CD45 и один из маркёров апоп-тоза - Т^-р. Коэкспрессия транскриптов СD45 и проинсулина и Т^-р была подтверждена и у трансгенных мышей-диабетиков. Поскольку такие клетки отсутствовали у контрольных животных, исследователи предположили, что CD45+ клетки мигрируют из костного мозга и участвуют в процессах регенерации или невропатии.
Для проверки этой гипотезы выполняли аллогенные трансплантации ККМ от трансгенных мышей, несущих генетические метки, реципиентам-диабетикам. Опыты с трансплантацией костного мозга подтвердили, что проинсу-лин-позитивные клетки в седалищном нерве и СНГ имеют костномозговое происхождение. Оказалось, что у мышей-
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия № 1 (3), 2006
