И.В. Штейн Тканеспецифичные стволовые клетки (СК) играю ключевую роль в физиологической и репаративной регенерации быстрообновляющихся тканей у млекопитающих. Это обусловлено, прежде всего, двумя основными свойствами СК, тесно связанными с высоким потенциалом к
И.В. Штейн
Тканеспецифичные стволовые клетки (СК) играю ключевую роль в физиологической и репаративной регенерации быстрообновляющихся тканей у млекопитающих. Это обусловлено, прежде всего, двумя основными свойствами СК, тесно связанными с высоким потенциалом к пролиферации: самообновлением и способностью к дифференцировке. Тем не менее, пролиферация СК в тканевых нишах существенно ограничена, что, вероятно, в первую очередь связано с предотвращением злокачественной трансформации клеток. Изучение ингибирующих пролиферацию СК механизмов является одной из наиболее приоритетных задач для специалистов в области регенеративной медицины, т.к. манипуляции, заключающиеся в кратковременном и обратимом подавлении этих механизмов, могут привести к существенному возрастанию регенераторного потенциала ткани-мишени в случае необходимости, например, при репарации повреждений.
Одним из ключевых механизмов, с помощью которых в тканях осуществляется элиминация нежелательных клеток, является апоптоз. Тем не менее, вплоть до настоящего времени роль апоптоза в контроле численности тканеспецифичных СК и клеток-предшественниц, а также вклад апоптоза в процессах регенерации изучен недостаточно.
Ключевую роль в сигнальных каскадах, опосредующих апоптоз, играют цистеиновые протеазы, также называемых каспазами, активность которых в норме подавляется ингибиторами белков апоптоза (inhibitor of apoptosis proteins (IAPs)). Одним из наиболее изученных IAPs у млекопитающих является XIAP. В клетках, в которых инициируется процесс апоптоза, IAPs инактивируются специфическими антагонистами. Одним их таких антагонистов является ARTS – продукт альтернативного сплайсинга гена Septin4 (Sept4). В 2010 году исследовательская группа Hermann Steller из медицинского института Говарда Хьюза продемонстрировала, что делеция Sept4/ARTS гена у мышей приводит к увеличению содержания XIAP внутри клеток и возрастанию общего количества гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток, которые были резистентны к апоптозу [1].
В новом исследовании, недавно опубликованном в онлайн версии журнала Science, H. Steller et al. обнаружили ключевую роль XIAP и Sept4/ARTS в регуляции апоптоза стволовых клеток волосяных фолликулов у мышей и показали, что различные вмешательства в процессы апоптоза оказывают глубокое влияние на процесс заживления ран.
Используя маркеры CD34, K15 и Sox9 авторы исследовали количественный и качественный состав СК и клеток-предшественниц волосяных фолликулов, находящихся в бугорках наружных волосяных влагалищ. Несмотря на то, что у мышей дикого типа и мышей с делецией Sept4/ARTS бугорки наружных волосяных влагалищ морфологически не различались, у второй группы животных среди α6+β1+ популяции клеток-предшественниц эпителия выявлялось минимум в два раза большее количество CD34+ СК. При культивировании CD34+Sca1- и CD34-Sca1+ клеток, полученных из волосяных фолликулов в фазе телогена, количество формируемых колоний было в 2.5 раза больше в случае с Sept4/ARTS−/− мышами. Кроме того, в этих колониях выявлялось значительно большее количество клеток в сравнении с мышами дикого типа. При этом количество и параметры пролиферации других типов клеток кожи между двумя группами животных не различались. Таким образом, полученные данные свидетельствовали о том, что подавление ARTS ассоциировалось с резистентностью СК волосяных фолликулов к апоптозу.
СК волосяных фолликулов не принимают участие в физиологической регенерации эпидермиса. В тоже время они играют большую роль в репаративной регенерации. В связи с тем, что СК волосяных фолликулов Sept4/ARTS−/− мышей устойчивы к апоптозу, авторы предположили, что у этих животных имеется значительно более высокий потенциал к заживлению ран. Для проверки этой гипотезы у мышей двух групп возрастом 8 месяцев проводилась резекция участков кожи в области спины площадью 1см2, а затем проводилось наблюдение за процессом заживления. У 8 месячных Sept4/ARTS−/− животных в течение 5 дней размер дефекта уменьшался на 80%, тогда как у мышей дикого типа лишь на 10%. Ускоренная регенерация наблюдалась во всех точках наблюдения.
Рис. Размеры сформировавшихся рубцов у мышей дикого типа и Sept4/ARTS−/− на 60 день после резекции участка кожи площадью 2 см2
Для оценки конкретного вклада СК волосяных фолликулов в ускоренной регенерации ран у мышей Sept4/ARTS−/−, использовалась техника генетического мечения клеток определенной линейности (lineage tracing), благодаря которой СК и их дочерние клетки экспрессиировали маркерный белок YFP. У мышей Sept4/ARTS−/− в волосяных фолликулах выявлялось примерно в 3.5 большее количество YFP+ клеток в сравнении с мышами дикого типа. На 3 и 7 дни после резекции участка кожи в верхней части волосяных фолликулов и вновь формирующемся эпидермисе наблюдалось уже 4-5 кратное превосходство в количестве YFP+ клеток между животными двух групп. Более того, в отличие от мышей дикого типа, у мышей Sept4/ARTS−/− YFP+ клетки выявлялись эпидермисе на протяжении 2 месяцев, а размер формирующегося рубца был значительно меньше (см. рис.).
Таким образом, в данном исследовании было продемонстрировано ключевое значение апоптоза в регуляции физиологической регенерации волосяного фолликула и репаративной регенерации эпителия кожи. Кратковременное и обратимое фармакологическое подавление лежащих в основе апоптоза сигнальных каскадов может использоваться для разработки новых высокоэффективных терапевтических стратегий, направленных на лечение ран, ожогов и др. поражений кожного покрова.
По материалам:
Fuchs Y., Brown S., Gorenc T. et al. Sept4/ARTS regulates stem cell apoptosis and skin regeneration. Science 2013 Jun 20.
Литература:
1. García-Fernández M., Kissel H., Brown S. et al. Sept4/ARTS is required for stem cell apoptosis and tumor suppression. Genes Dev 2010;24(20):2282-93.
