Negative consequences of the phenomenon of fusion of bone marrow cells

Full Text

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 относительнолегко 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 4п или 8п гетерокарионы, фено- и генотипические характеристики обоих клеточных типов [1-Ю]. Слияние клеток может способствовать передаче вирусов [9], а слияние ядер [образование синкарионов] 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 Terashima 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 апоптоза - TNF-p. Коэкспрессия транскриптов CD45 и проинсулина и TNF-p 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 проинсулин-позитивные клетки в седалищном нерве и СНГ имеют костномозговое происхождение. Оказалось, что у мышей- диабетиков мигрировавшие клетки одновременно несли генетические метки какдонора.таки реципиента (GFP'/beta gal⁺], что указывало на клеточное слияние. Было показано слияние ККМ с нейронами и шванновскими клетками в седалищном нерве и СНГ только мышей-диабетиков, но не здоровых животных.

Из недиабетических и диабетических животных были выделены нейроны для определения плоидности. У недиабетических крыс 99,1% нейронов СНГ были диплоидные [2п], а тетраплоидны [4п] - только 0,9%. Напротив, среди нейронов от диабетических животных была более низкая пропорция диплоидных клеток [2п] - 86,6%, более высокая пропорция полиплоидных клеток: 12,5% - тетраплоидны [4п], и 0,7% [6п] и 0,2% [8п]. Кроме того, присутствие полиплоидии прямо коррелировало с экспрессией проинсулина.

Далее авторы показали, что слияние ККМ с нервными клетками в СНГ и седалищном нерве вызывает нарушение функции нервных клеток и их преждевременный апоптоз. Так, у диабетических животных гибридные клетки при слиянии начинают производить TNF-p и экспрессировать caspase-3 - проапоптотические факторы, которые участвуют в патогенезе периферической невропатии. Только у диабетических животных в СНГ были обнаружены единичные апоптотические клетки. Авторы полагают, что и полиплоидность, предположительно, ведет к выключению клеток из клеточного цикла, что вызывает апоптоз. Так, изолированные гибридные нейроны [проинсулин-позитивные] гораздо быстрее умирали в культуре, чем негибридные [проинсулин-негативные], выделенные из одной и той же ткани. Кроме того, авторы показали, что в клетках-гибридах седалищного нерва и СНГ значительно нарушен кальциевый гомеостаз, что может приводить к нарушению электрофизиологической функции таких нейронов и усугублять невропатию.

Таким образом, авторы исследования показали, что ККМ в процессе развития сахарного диабета активно мигрируют в различные органы, сливаются с нервными клетками, что приводит к ускорению апоптоза и развитию невропатии. Остаётся неясным, какие именно клетки костного мозга в данной модели обладают способностью к миграции и слиянию. Только ли патологическое значение имеет слияние в данной модели? Поскольку клетки-гибриды экспрессировали проинсулин и инсулин, то возможна ли секреция этих гормонов и экстрапанкреатическая компенсация синтеза инсулина?

Следует отметить, что это исследование, как и большая часть остальных, было выполнено на грызунах, поэтому остаётся неизученным, имеет ли феномен слияния ККМ негативные стороны в организме человека. Сможем ли мы управлять слиянием и возможно ли его применение только с терапевтической целью? Будущие исследования призваны ответить на эти вопросы.

About the authors

A. Pospelov

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

References

Supplementary files