Стволовые клетки 'включаются' собственным потомством

Стволовые клетки 'выключаются' и 'включаются', иногда делясь, чтобы произвести потомство, а иногда отдыхая. Но ученые пока не до конца понимают, что заставляет клетки переходить из активного в покоящееся, или наоборот, состояние.

Чтобы определить, что активирует стволовые клетки, ученые лаборатории клеточной биологии и развития млекопитающих Элейн Фукс(Elaine Fuchs) в Университете Рокфеллера (The Rockefeller University) сосредоточили свое внимание на клетках волосяных фолликулов. Исследователи установили, что сигнал покоящимся стволовых клеткам волосяных фолликулов перейти в активное состояние подают клетки-потомки стволовых клеток, известные как Transit-Amplifying Cells, или TACs.

'TACs образуют многие виды стволовых клеток млекопитающих. Они являются промежуточным звеном между стволовыми клетками и их конечным продуктом: полностью дифференцированными клетками крови, кожи и т. д. ', - объясняет Я-Чиэ Хсу (Ya-Chieh Hsu), первый автор статьи, опубликованной в журнале Cell . 'В прошлом TACs считались популяцией клеток, которые пассивно 'штампуют' большое количество тканевых клеток. Никто не ожидал, что они играют регуляторную роль'.

Фукс и Хсу пошли дальше и идентифицировали сигнал, посылаемый TACs. Они определили стимулирующий деление клеток белок под названием Sonic Hedgehog, играющий роль в эмбриональном развитии мозга, глаз и конечностей.

Стволовые клетки ценны с медицинской точки зрения, так как обладают потенциалом создавать ряд специализированных клеток, выполняющих определенные функции. Образование стволовыми клетками этих дифференцированных потомков имеет решающее значение для нормального роста и восстановления. Многие ткани имеют две популяции стволовых клеток. Клетки одной из них делятся редко (они известны как покоящиеся), а клетки другой более склонны к размножению и известны как примированные стволовые клетки. Независимо от частоты пролиферации большинство стволовых клеток человеческого организма не производят дифференцированного потомства напрямую; вместо этого они дают начало промежуточной пролиферирующей популяции - TACs.

Волосяной фолликул, крошечный орган, формирующий волос, образует в коже узкую полость. Он циклически проходит фазы роста, разрушения и отдыха. При входе в фазу роста популяция примированных стволовых клеток всегда делится первой, образуя TACs, формирующие кластеры в нижней части волосяного фолликула. Пролиферация примированных стволовых клеток готовит почву для очередного витка роста волос - процесса, обеспечивающего замену теряемых с течением времени. Пролиферирующие TACs создают стержень волоса, а также все клетки, окружающие волос под кожей, образующие фолликул как таковой.

Фукс и Хсу с самого начала считали, что в регенерации волоса свою роль играют как TACs, так и белок Sonic Hedgehog.

'Мы заметили, что популяция примированных стволовых клеток активируется рано и образует TACs, в то время как популяция покоящихся стволовых клеток активируется только после образования TACs. Эта корреляция заставила нас искать сигнал, посылаемый TACs. Как мы впоследствии продемонстрировали, этим сигналом является белок Sonic Hedgehog', - поясняет Фукс.

В экспериментах, описанных в журнале Cell , Хсу лишил TACs в волосяных фолликулах взрослых мышей способности синтезировать Sonic Hedgehog, нокаутировав кодирующий его ген. Как следствие, оказалась нарушенной пролиферация как стволовых клеток волосяного фолликула, так и их TACs. Кроме того, исследователи показали, что Sonic Hedgehog требуется для пролиферации популяции именно покоящихся стволовых клеток.

Удивительно, но, когда Хсу блокировал способность покоящихся стволовых клеток реагировать на Sonic Hedgehog, рост волос продолжался, но с каждым витком цикла фолликулы становились короче, популяции покоящихся и примированных стволовых клеток сокращались, пока регенерация волос не прекратилась полностью. По словам исследователей, эти события очень напоминают то, что происходит при облысении у мужчин. Хотя основа этого нарушения может находиться выше, чем Sonic Hedgehog, исследование Фукс и Хсу по-новому объясняет потерю волос, и в долгосрочной перспективе будет необходимо разработать новые методы лечения, считают они.

TACs - этап в развитии различных линий стволовых клеток, и исследователи утверждают, что, хотя роль белка Sonic Hedgehog могут играть другие сигнальные молекулы, сами TACs, скорее всего, функционируют точно так же и в других тканях, например, в крови и кишечнике.

'В большинстве взрослых тканей, - объясняет Фукс, - наши стволовые клетки должны уметь быстро реагировать на повреждение. С помощью TACs в качестве реостатов этот процесс может жестко регулироваться, чтобы обеспечить нужное количество новой ткани для заживления раны. Таким образом, TACs не могут больше рассматриваться как пассивное, промежуточное звено линии стволовых клеток. Они, скорее, являются ключевым сигнальным центром, координирующим регенерацию тканей'.

На снимке: Ученые установили, что сигнал, посылаемый клетками, называемыми Transit-Amplifying Cells (TACs), активирует стволовые клетки волосяных фолликулов. Оба типа клеток показаны зеленым цветом (на верхнем снимке), с TACs, образующими кластеры в нижней части фолликула. Этим сигналом является белок Sonic Hedgehog. Отключив его, исследователи остановили рост и регенерацию волос, что показано на нижнем снимке. (Фото: The Rockefeller University)

Оригинальная статья Transit-Amplifying Cells Orchestrate Stem Cell Activity and Tissue Regeneration