CC BY
65
■ ИМИ!
Новости клеточных технологий
ЕЕ^ЕШ
Сигнальный путь Hedgehog не влияет на функционирование гемопоэтических стволовых клеток
Сигнальный путь Hedgehog не влияет на функционирование гемопоэтических стволовых клеток. Ген Hedgehog CHhJ был открыт С. Nusslein-Volhard и Е. Wieschauss в 1980 г. в организме плодовой мушки D. melanogaster
[1], за что они были удостоены Нобелевской премии. Позже аналоги данного гена были обнаружены и у позвоночных, включая человека. Сигнальный путь, который активируется Hh, и имеет аналогичное название, вместе с Notch и Wnt сигнальными каскадами играет важную роль в процессах эмбрионального развития организма
[2]. Инактивация Hh сигнального пути вызывает дефекты развития, например голопрозэнцефалию. В то же время, гиперактивация данного каскада наблюдается в клетках некоторых типов злокачественных опухолей (базальноклеточный рак и др.), что способствует мета-стазированию [3] и активации ангиогенеза [4].
Сигнальные механизмы Hh пути высококонсервативны от насекомых до человека. Ключевым трансдуктором данного сигнального пути является трансмембранный белок Smoothened (Smo) и, его активность ингибируется другим трансмембранным белком Ptch, который представляет собой клеточный рецептор для Hh лигандов (см. рис.). При связывании Hh с Ptch ингибирующий блок SMO снимается, вследствие чего последний активирует группу факторов транскрипции Gli, которые активируют целевые гены путем прямого взаимодействия со специфическими областями в области промотора. Главными целевыми генами данного сигнального пути являются глиома-ассо-циированные онкогены GLI1 и GLI2, а также гены РТСН1 и HHIP. Активация этих генов определяет ряд клеточных реакций, а именно, активацию пролиферации [5], анти-апоптических сигналов [6] и др.
Работами последних лет была продемонстрирована роль Hh сигнального пути в функционировании гемопо-этической системы, а именно в процессах созревания Т- и В-лимфоцитов, тимоцитов, во взаимодействии гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) с клетками стромы [7], самообновлении ГСК [8] и др. Также имеются сообщения про участие Hh сигнального пути в развитии BCR-Abl лейкоза, что делает возможным использование ингибиторов Hh сигнального каскада для терапии данного типа злокачественных новообразований [9]. Но работы, сфокусированные на роли Hh сигнального пути в функционировании ГСК на постнатальном этапе развития млекопитающих, до последнего времени практически отсутствовали.
В июньском номере журнала Cell Stem Cell были опубликованы две статьи, в которых изучалась роль Hh-зависимой сигнализации в функционировании взрослых ГСК и при некоторых типах лейкозов. Проведенные ис-следованя позволили получить неожиданные результаты. Было показано практически полное отсутствие влияния Hh сигнального пути на основные процессы жизнедеятельности ГСК взрослых млекопитающих. Так, J. Gao и соавт. [10] продемонстрировали, что делеция белка Smo не влияет на функционирование ГСК, их потенциал к дифференцировке и самообновление. Также методом DNA-microarrays было показано практически полное совпадение профилей экспрессии ГСК дикого типа и нокаутных по Smo. При трансплантации костного моз-
га (ТКМ) продемонстрирована одинаковая способность нормальных и нокаутных по SMO ГСК приживаться в организме реципиента. Отдельного внимания заслуживает результат, который отрицает широко распространенную гипотезу про синергизм в действии Hh и Notch сигнальных путей [11]. Так, авторами было показано, что при ТКМ с нокаутными по SMO клетками никаких дефектов в приживлении и дифференцировке не наблюдалось, тогда как одновременный нокаут SMO и RBPJ (один из ключевых белков Notch сигнального пути) вызывал сокращение количества Т-клеток и В-клеток в костном мозге, что свидетельствует о важной роли Notch сигнализации в дифференцировке ГСК и об отсутствии влияния на данный процесс Hh сигнального пути. В некоторых предыдущих работах [12] была продемонстрирована гиперактивация Hh сигнального пути при отдельных типах лейкозов, что дало возможность авторам этих работ выдвинуть гипотезу об участии Hh-сигнализации в процессах малигнизации. Авторы обсуждаемой работы, используя модель лейкоза, индуцированного гиперактивацией Notchl, продемонстрировали отсутствие достоверной разницы между кинетикой лей-кемогенеза при сверхэкспресии Notchl отдельно и в комбинации с делецией SMO, что опровергает гипотезу про участие Hh в развитии BCR-Abl лейкемии.
Авторами второй работы [13] были получены аналогичные результаты про отсутствие влияния Hh инактивации на процессы самообновления и пролиферативный потенциал ГСК. Кроме этого, в данной работе дополнительно установлено отсутствие изменений в количестве ГСК при делеции SMO. Также показано отсутствие изменений в динамике ответа ГСК на 5-фторурацил индуцированный стресс. Кроме этого, при исследовании влияния Hh сигнального каскада на развитие лейкоза была использована другая модель, в которой заболевание вызывалось МИ-АГЭ-ассоциированным аллелем. Результаты, полученные при использовании данной модели, были аналогичными по сравнению с предыдущей работой, где для индукции лейкоза использовалась гиперактивация Notchl — тут также отмечалось отсутствие влияния делеции SMO на лейкемогенез у подопытных животных.
Эти работы продемонстрировали отсутствие влияния Hh сигнального пути на практически все основные процессы жизнедеятельности ГСК взрослых, что является полностью противоположным результатом по отношению к предыдущим работам, которые демонстрируют важность Hh-сигнализации для дифференцировки зрелых ГСК [12, 14]. Авторы объясняют данные отличия некоторыми методическими неточностями в работах их предшественников, использованием другой модели животных и, что самое главное, неадекватностью метода делеции, использованного в работе С. Zhaon соавт. [12]. Утверждается, что метод делеции, использованный в этой работе, ведет к нокауту гена SMO не только в зрелых ГСК, а и во всех ГСК и эпителиальных клетках эмбриона, что может значительно искажать результаты исследований. Также следует отметить, что обсужденные в данной статье работы ставят под сомнение целесообразность использования ингибиторов Hh сигнального пути при терапии некоторых типов лейкозов,
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, № 3, 2009
■ И I II II
■m
Новости клеточных технологий
что обуславливается отсутствием влияния делеции ключевого белка НИ сигнального каскада — Smo на процесс малигнизации BCR-Abl и МИ-АРЭ-ассоциированного лейкозов. Необходимо отметить, что роль НИ сигналь-
ного пути продемонстрирована для других типов опухолей [9], что позволяет полностью не отбрасывать возможность терапии злокачественных новообразований с помощью ингибиторов НИ сигнального каскада.
Общая схема канонического Sh-сигнального каскада
ЛИТЕРАТУРА:
1. Nusslein-Volhard С, Wieschaus Е. Mutations affecting segment number and polarity in Drosophila. Nature 198D; 287: 795—8D1.
2. Rho J.Y., Yu K., Han J.S. Transcriptional profiling of the developmentally important signaling pathways in human embryonic stem cells. Hum. Reprod. 2DD6; 21 [21: 405—12.
3. Feldmann G., Dhara S., Fendrich V. et al. Blockade of hedgehog signaling inhibits pancreatic cancer invasion and metastases: a new paradigm for combination therapy in solid cancers. Cancer Res. 2DD7; 67: 2187—96.
4. Pola R., Ling L., Silver M. et al. The morphogen Sonic hedgehog is an indirect angiogenic agent upregulating two families of angiogenic growth factors. Nat. Med. 2DD1; 7: 706-11.
5. Duman-Scheel М., Weng L., Xin S., Du W. Hedgehog regulates cell growth and proliferation by inducing Cyclin D and Cyclin E. Nature 2DD2; 417: 299-304.
6. Bigelow R.L., Chari N.S., Unden A.B. Transcriptional regulation of bcl-2 mediated by the sonic hedgehog signaling pathway through gli-1. J. Biol. Chem. 2004; 279: 1197-105.
7. Gering M, Patient R. Hedgehog signaling is required for adult blood stem cell formation in zebrafish embryos. Dev. Cell 2005; 8: 389—400.
8. Stier S., Cheng T., Dombkowski D., Carlesso N.. Scadden D.T. Notchl activation increases hematopoietic stem cell self-renewal in vivo and favors lymphoid over myeloid lineage outcome. Blood 2002; 99: 2369—78.
9. Xie J. Implications of hedgehog signaling antagonists for cancer therapy. Acta Biochim. Biophys. Sin. 2008; 40t7]:670—80.
10. Gao J., Graves S., Koch U. et al. Hedgehog Signaling Is Dispensable for Adult Hematopoietic Stem Cell Function. Cell Stem Cell 2009; 4(B): 548-58.
11. Sengupta A., Banerjee D., Chandra S. et al. Deregulation and cross talk among Sonic hedgehog, Wnt, Hox and Notch signaling in chronic myeloid leukemia progression. Leukemia 2007; 21: 949—55.
12. Zhao C., Chen A., Jamieson C.H. et al. Hedgehog signalling is essential for maintenance of cancer stem cells in myeloid leukaemia. Nature 2009; 458(72391: 776-9.
13. Hofmann I., Stover E.H., Cullen D.E. et al. Hedgehog Signaling Is Dispensable for Adult Murine Hematopoietic Stem Cell Function and Hematopoiesis. Cell Stem Cell 2009; 4(B): 559—67.
14. Trowbridge J., Scott M., Bhatia M. Hedgehog modulates cell cycle regulators in stem cells to control hematopoietic regeneration. PNAS 2006; 103: 14134-9.
Подготовил В, Стадник
По материалам: Gao J„ Graves S., Koch U, et al. Hedgehog Signaling Is Dispensable for Adult Hematopoietic Stem Cell Function, Cell Stem Cell 2009; 4(6): 548-58, Hofmann l„ Stover E.H., Cullen D.E. et al. Hedgehog Signaling Is Dispensable for Adult Murine Hematopoietic
Stem Cell Function and Hematopoiesis, Cell Stem Cell 2009:4(6): 559-67,
Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, hl< 3, 2009
