New data in the study of the mechanism of cell migration and homing along the SDF-1 - CXCR4 axis

Full Text

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 прогениторных клеток[4-7,1О], но и раковыхклетоквпроцессе метастазирования [7, 8].

В недавней работе, опубликованной в журнале Nature Immunology, израильские ученые подробно описали механизм переноса SDF-1 через границу «кровь - костный мозг». СХСА4-рецептор экспрессируется на эндотелии и стромальных 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]. Коэкспрессия 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 хоуминг 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 создается локальный градиент [повышенная концентрация SDF-1], по которому идет хемотаксис высокоподвижных циркулирующих CXCR4⁺ 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.

About the authors

V. S. Melikhova

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files