Are there tissue-specific bone marrow stem cells?
- Authors: Pospelov A.L.
- Issue: No 1 (2006)
- Pages: 20-21
- Section: Cell technology
- Submitted: 16.01.2023
- Accepted: 16.01.2023
- Published: 06.03.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/122428
- DOI: https://doi.org/10.23868/gc122428
- ID: 122428
Cite item
Full Text
Full Text
Гипотеза о так называемых ткане-специфичных стволовых клетках [ТССК] костного мозга подразумевает наличие популяции, способной давать специализированные клетки определённой ткани и/или активно участвовать в её репаративной регенерации. Существование таких клеток позволило бы ученым селективно изолировать их из костного мозга и использовать в лечении повреждения конкретной ткани или органа. Основной предпосылкой к возникновению такой гипотезы послужили многочисленные работы, показывающие участие клеток костного мозга в репаративной регенерации органов через клеточное слияние, трансдифференцировку, паракринные и проангиогенетические механизмы.
Рядом исследователей были предложены кандидаты в ТССК костного мозга. Так, Avital в 2001 году [1] предположил, что именно beta[2]microglobulin[-]/Thy-1[+] клетки в костном мозге крысы и человека могут быть селективными прогениторами для печени. На очищенной популяции была показана экспрессия характерных для печени генов. После их введения в печень крысы «гепацитарные стволовые клетки костного мозга» интегрировались с клетками органа и дифференцировались в зрелые гепатоциты [1]. Однако, позднее оказалось, что не только beta[2]microglobulin[-]/Thy-1[+], но и другие - не адгезивные к пластику клетки костного мозга способны к синтезу альбумина и мочевины, хотя первые обладают значительно большим потенциалом [2]. Другой группой исследователей было установлено, что негемопоэтические CXCR4+/ Sca-1+/lin-/CD45- клетки костного мозга мыши экспрессируют «ранние сердечные» маркеры и мобилизируются в периферический кровоток при развитии инфаркта миокарда [3]. Гипотеза появления в костном мозге клеток, спонтанно экспрессирующих ткане-специфичные гены при повреждении какого-либо органа, была развита группой Kucia М [3, 4].
Новое исследование группы Kucia по выделению ТССК костного мозга с нейрогенным потенциалом было опубликовано в журнале Leukemia. Авторы предположили, что в костном мозге мышей существует отдельная популяция, клетки которой способны к формированию нейросфер в культуре и обладают нейрорегенеративным потенциалом.
Исследователи показали, что именно CXCR4+/Sca-1+/ lin-/CD45- клетки являются кандидатами для нейрогенных ТССК костного мозга молодых мышей. Клетки только этой популяции спонтанно экспрессировали нейрональные маркёры, в отличие контрольных - суммарных фракций мононуклеарных и Зса-1+ клеток костного мозга. Эти клетки не образовывали гемопоэтические колонии in vitro и отлично подвергались хемотаксису по различным градиентам [SDF-1, HGF, и LIF], Только эта популяция клеток давала первичные и вторичные нейросферы in vitro в процессе их культивирования в дифференцировочной среде NeuroCult [8СТ]. Через неделю культивирования клетки нейросфер экспрессировали все классические нейрональные маркёры - нейронов [nestin, beta—lll—tubulin], олигодендроцитов [04, MBP] и микроглии [GFAP],
На модели повреждения головного мозга [инсульт] было показано, что в периферическом кровотоке мышей появляются мононуклеарные ТССК костного мозга, экспрессирующие нейрональные маркёры, чего не наблюдали в контроле [без инсульта]. Эти данные также подтверждают вывод о выходе ТССК из костного мозга в кровоток при повреждении ткани, сделанном в прошлых работах [5, 6].
Тесты на хемотаксис с супернатантом повреждённой ткани мозга позволили идентифицировать нейрогенные [GFAP+/nestin+] и эндотелиальные [VE-cadherin+] ТССК среди мононуклеаров. Однако, эти ТССК не экспрессировали маркеров мышечной ткани. Вместе с тем, в ткани повреждённого головного мозга была значительно повышена экспрессия молекул, ответственных за миграцию и хемотаксис клеток [SDF-1, HGF, и LIF], Интересно, что количество таких ТССК и их миграционная способность значительно снижались с возрастом.
Авторы работы впервые попытались идентифицировать нейрогенную популяцию ткане-специфичных стволовых клеток костного мозга. Интересно, что спонтанная экспрессия нейрональных маркёров различными клеточными популяциями костного мозга была показана и в предшествующих работах [7, 8]. В настоящем же исследовании авторы показали изменение уровня спонтанной экспрессии нейральных маркёров клетками костного мозга, её зависимость от повреждения нервной ткани. Эти результаты могут иметь важное значение для понимания процессов миграции клеток костного мозга в повреждённую нервную ткань и дают возможность изучать эффективность терапевтической регенерации нервной ткани с помощью ТССК.
Результаты исследования позволяют глубже понять участие клеток костного мозга в процессе регенерации ткани в целом. Итак, согласно гипотезе, ТССК присутствуют в постнатальном костном мозге млекопитающих [1—6] и характеризуются спонтанной экспрессией ряда тканевых маркёров [1-8]. При повреждении ткани в ТССК усиливается экспрессия маркёров именно той ткани, которая была повреждена. Эти ТССК коэкспрессируют молекулы хемотаксиса [CXCR4+] и мобилизируются в кровоток при избыточной экспрессии лигандов-хемоаттрактантов [SDF-1, HGF, и LIF] в повреждённой ткани [3-6]. И именно ТССК участвуют в репаративной регенерации ткани.
Тем не менее, на сегодняшний день нельзя однозначно заявлять о существовании ТССК, поскольку спонтанная экспрессия [например] нейрональных маркёров была показана совершенно для разных групп клеток [7, 8], и в тестах по хемотаксису, миграции и нейродифференцировке отсутствовали адекватные контроли. Кроме того, в репаративной регенерации ткани возможна «конкуренция» между CXCR4+ ТССК и зрелыми клетками крови - моноцитами/макрофагами и лимфоцитами, также мигрирующими из костного мозга [9]. Вклад ТССК в регенерацию ткани остаётся неясным. Возможно, что эти клетки организм использует и в процессе физиологической регенерации для замены зрелых клеток, погибших путем апоптоза. Для ответа на эти вопросы нужны дополнительные эксперименты. Тем не менее, если исследователи смогут точно идентифицировать ТССК, то их практическое значение в клинике может быть велико. Возможно их использование для регенерации поврежденной ткани при серьезных заболеваниях.
About the authors
A. L. Pospelov
Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation
References
- Avital I., Inderbitzin D„ Aoki T. et al. Isolation, characterization, and transplantation of bone marrow-derived hepatocyte stem cells. Biochem. Biophys. Res. Common. 2001; 288[1): 156-64.
- Inderbitzin D„ Avital I., Gloor B. et al. Functional comparison of bone marrow- derived liver stem cells: selection strategy for cell-based therapy. J. Gastrointest. Surg. 2005; 9[9): 1340-5.
- Kucia M„ Dawn B., Hunt G. et al. Cells expressing early cardiac markers reside in the bone marrow and are mobilized into the peripheral blood after myocardial infarction. Giro. Res. 2004; 95[12): 1191-9.
- Kucia M„ Ratajczak J., Reca R. et al. Tissue-specific muscle, neural and liver stem/progenitor cells reside in the bone marrow, respond to an SDF-1 gradient and are mobilized into peripheral blood during stress and tissue injury. Blood Cells Mol. Dis. 2004; 32(1): 52-7.
- Wojakowski W.,Tendera M„ Michalowska A. etal. Mobilization of CD34/ CXCR4+, CD34/ CD117+, c-met+ stem cells, and mononuclear cells expressing early cardiac, muscle, and endothelial markers into peripheral blood in patients with acute myocardial infarction. Giro. 2004; 110: 3213-20.
- Kucia M„ Ratajczak J., Ratajczak M.Z. Bone marrow as a source of circulating CXCR4+ tissue-committed stem cells. Biol. Cell 2005; 97: 133-46.
- Goolsby J., Marty M.C., Heletz D. etal. Hematopoietic progenitors express neural genes. Proc. Natl. Acad. Soi. USA 2003; 100[25): 14926-31.
- Tondreau T., Lagneaux L., Dejeneffe M. et al. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells already express specific neural proteins before any differentiation. Differentiation 2004; 72(7): 319-26.
- Willenbring H., Bailey A.S., Foster M. et al. Myelomonocytic cells are sufficient for therapeutic cell fusion in liver. Nat. Med. 2004; 10; 7: 744-8.
Supplementary files
