"Chronic inflammation" as an inducer of fusion of bone marrow progenitor cells and Purkinje neurons

Full Text

Участие гемопоэтических стволовых (ГСК) и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) в процессах репаративной регенерации заключается как в активации пролиферации, дифференцировке, так и в стимуляции репаративного потенциала других прогениторных клеток [1]. Однако эти механизмы не исчерпывают весь комплекс эффектов, проявляемых малодифференцированными клетками при различных патологических состояниях. Одним из наименее изученных является слияние (fusion) с различными клетками организма, функциональное значение которого до настоящего времени не установлено. Слияние с высокоспециализированными клетками (симпластами скелетной мышечной ткани [2], гепатоцитами [3], грушевидными нейронами мозжечка [4]) уместно было бы связать с обеспечением и поддержанием их устойчивости в условиях развития какой-либо патологии. Однако показана низкая частота данного процесса как при физиологических условиях, так и при повреждении тканей [5]. Кроме того, опубликованы экспериментальные данные о слиянии ГСК с камбиальными клетками кишечного эпителия мышей, а также с опухолевыми клетками [6]. В первом случае предполагается оптимизирующее влияние на восстановление слизистой ЖКТ после облучения в летальных дозах, а во втором - отрицательная роль, связанная с повышением метастатического потенциала [7].

Из-за малой изученности феномена клеточного слияния, осуществляемого, прежде всего, ГСК, активно проводятся исследования, направленные на установление условий, механизмов и факторов, регулирующих это процесс, что в перспективе поможет определить его биологическое значение в целом. В частности, в журнале Nature Cell biology в опубликованы материалы исследования C.B. Johansson с соавт., в которых оценивалось слияние недифференцированных гемопоэтических клеток костного мозга с нейронами Пуркинье - крупными грушевидными клетками, локализующимися в ганглионарном слое коры мозжечка.

На первом этапе исследователи трансплантировали летально облучённым мышам популяцию ГСК или мононуклеарную фракцию клеток костного мозга, полученные от трансгенных животных, все клетки которых экспрессировали GFP (green fluorescent protein). У животных, в крови которых на момент выведения из эксперимента наблюдалось около 40% меченых форменных элементов, определялись GFP-положительные нейроны Пуркинье. При этом в случае использования только ГСК их численность была вдвое ниже. Эти данные позволили авторам постулировать, что недифференцированные клетки крови и их дериваты способны формировать с грушевидными нейронами мозжечка «гетерокарионы». Однако двухкратное превалирование количества меченых нервных клеток при трансплантации цельной фракции костного мозга, а также отсутствие группы мышей, которым бы осуществлялось внутривенное введение только ММСК, не позволяет отвергать вероятность и их вовлечения в процессы слияния. Тем более что такая способность уже была показана для стволовых механоцитов и нейронов Пуркинье [8].

При осуществлении миелоабляции в предтрансплантационном периоде путем облучения в летальных дозах имеет место повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, сопровождающееся транзиторной лейкоцитарной инфильтрацией вокруг церебральных сосудов. Эти изменения, по всей видимости, способствуют экстравазации введённых клеток в ЦНС с последующим слиянием с нейронами Пуркинье. Чтобы нивелировать влияние миелоабляции, исследователи использовали парабионтные пары мышей. Каждая пара включала трансгенное животное, клетки которого несли ген GFP, и «дикий тип», кровеносные системы которых были анастомозированы. В результате, несколько десятков меченых GFP «гетерокарионов», экспрессирующих кальбиндин, маркер нейронов Пуркинье, определялось у мышей дикого типа. Важно, что через 20 нед. после разделения животных, когда химеризм клеток периферической крови снизился с 50% до 6-10%, GFP-положительные нервные клетки все еще определялись в мозжечке, что позволяет судить об их долгосрочной, а не временной жизнеспособности. Интересно, что авторы не уделили внимания вопросу о преодолении трансплантированными клетками гематоэнцефалического барьера при условии сохранения его нормальной проницаемости.

Случайным оказалось установление корреляции между частотой образования «гетерокарионов» в ЦНС и наличием «хронического воспаления», наблюдавшегося у некоторых животных с идиопатическим язвенным дерматитом неизвестной этиологии. Под «хроническим воспалением» понимают компенсаторную защитную сосудисто-стромальную реакцию организма, длительность течения которой определяется либо нарушениями со стороны иммунной системы (недостаточность фагоцитарной активности лейкоцитов), либо низкой антигенностью патогена или продолжающимся его поступлением в кровь [9]. При этом у мышей с инфицированными повреждениями кожных покровов выявлялось на порядок большее количество меченных GFP нейронов Пуркинье, численность которых к 58 нед. составляла около 600 на мозжечок. Однако у парабионтов как с дерматитом, так и без него определялось сходное количество клеток микроглии, позитивных на маркер, что указывает на отсутствие изменений проницаемости гематоэнцефалического барьера. Похожие результаты наблюдались у животных с дерматитом после трансплантации костного мозга. Еще более значительная связь между образованием «гетерокарионов» и воспалением была продемонстрирована на животных с экспериментальным аутоиммунным энцефалитом, характеризующимся снижением численности олигодендроцитов и нейронов Пуркинье. В этом случае, количество GFP-положительных гетерокарионов составляло несколько тысяч.

Важно, что индуцированное введением простагландинов повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, сопровождающееся выраженной перивазальной инфильтрацией нервной ткани мечеными макрофагами и клетками микроглии, не приводило к увеличению численности GFP-положительных нейронов Пуркинье, что подчеркивает неспособность дифференцированных производных ГСК к слиянию с нейронами.

Исследователи выполнили трансплантацию костного мозга трансгенных крыс, клетки которых экспрессировали GFP, в организм мышей, чтобы сформировать химерные гетерокарионы из грушевидных нейронов мозжечка для определения процессов, происходящих с генетическим материалом после слияния клеток. Методом ПЦР с обратной транскрипцией было показано, что гетерокарионы экспрессируют нейрон-специфичные транскрипционные факторы крыс (Pcp2, Calb1, Кcnc1, Gsbs), а продукция гемопоэтических ( CD45, CD11b, F4/80 и lba1) не определялась. Эти данные позволяют судить о своеобразном репрограммировании ядер трансплантированных клеток, подвергшихся слиянию, в сторону активации нейрональных маркеров и супрессии гемопоэтических.

Нужно отметить, что в головном мозге слияние ГСК установлено только с нейронами Пуркинье [4, 10]. Однако в работе не оценивались механизмы, определяющие направленную миграцию клеток именно к нейронам Пуркинье и преодоление ГЭБ. Известно, что хоуминг ГСК к области воспаления контролируется рядом биохимических осей, таких как SDF-1/CXCR4, SCF/c-Кit, VEGF/VEGFR , НGF/c-Мet. При этом показана экспрессия грушевидными нейронами мозжечка c-Кit и его лиганда [11], что может служить одним из механизмов, регулирующих направленную миграцию гемопоэтиков к нейронам Пуркинье.

Таким образом, современные данные показывают, что слияние прогениторных клеток костного мозга с грушевидными клетками мозжечка интенсифицируется при патологиях, в основе которых лежат процессы воспаления. До настоящего времени остаются неясными механизмы, контролирующие миграцию клеток, предшествующую слиянию, а биологическое значение носит лишь гипотетический характер.

About the authors

I. Y. Bozo

Author for correspondence.
Email: bozo.ilya@gmail.com

References

Supplementary files