Undescribed cell populations involved in heart development discovered
- Authors: Grigoryan A.S.
- Issue: Vol 3, No 4 (2008)
- Pages: 6-7
- Section: Cell technology
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/181604
- ID: 181604
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Full Text
Понимание эмбриогенеза сердца необходимо для раскрытия механизмов патогенеза врождённых и приобретённых сердечных заболеваний [1, 2], а также для разработки подходов к их клеточной терапии [3]. Известно, что существуют две различные популяции кардиомиоцитарных клеток-предшественниц, различающихся по времени их вступления в процесс кардиомиогенеза и характеризующихся экспрессией транскрипционных факторов Islet1 (Isl1) и Nkх2-5 [4-6]. Первая популяция - это клетки прекардиальной мезодермы, из которых формируется примитивная сердечная трубка. Более поздние клетки-предшественницы - это клетки так называемого вторичного или переднего сердечного поля, которые дифференцируются в кардиомиоциты правого желудочка и в гладкомышечные клетки стенок крупных сосудов, отходящих от сердца [4].
Недавно научная группа C.-L. Cai сообщила о выделении из тканей проэпикарда мыши новой популяции мультипотентных стволовых клеток, экспрессирующих маркерный белок Тbх18. же около десяти лет назад было известно, что во время эмбриогенеза клетки проэпикарда формируют эпикард, а часть из них претерпевает так называемый эпителиально-мезенхимный переход (в англоязычной литературе - epithelial-to-mesenсhymal transition) и мигрирует в миокард, где даёт начало гладкомышечным клеткам собственных сосудов сердца, эндотелиальным клеткам, кардиомиоцитам и адвентициальным фибробластам [7-9]. Однако можно ли назвать клетки проэпикарда гомогенной популяцией, или они включают в себя несколько различных популяций стволовых клеток, до настоящего времени было не выяснено.
Белок Тbx18 не является описанным de novo, это известный маркер клеток проэпикарда. Недавно было показано, что при повреждениях сердца у рыбки Danio rerio происходит реактивация экспрессии Тbх18 в эпикарде [1О]. Отдельные клетки, в которых произошла такая реактивация, приобретают способность к миграции и формируют кластеры в зоне повреждения, где, по мнению исследователей, участвуют в регенерации, что указывает на их возможную мультипотентность [1О, 11].
C.-L. Cai и соавт. удалось показать, что Тbх18-экспрессирующие клетки составляют самостоятельную популяцию в пределах проэпикардиальных клеток. При дифференцировке in vivo в процессе эмбриогенеза Тbх18+ клетки мигрируют в стенки желудочков и предсердий, где начинают экспрессировать маркерные белки кардиомиоцитов: сердечный тропонин Т (сТnТ/Тnnt), сердечный тропонин I (сТnl/Тnni) и миозин саркомеров. Также эти клетки экспрессируют транскрипционные факторы Gata4 и Nkх2-5, как и уже известные кардиомиоцитарные клетки-предшественницы.
Уникальность популяции Тbх18+ клеток была подтверждена тем, что они не экспрессируют маркеров Isl1 и MLC2a (также известного как Myl7), характерных для ранних предшественников кардиомиоцитов.
ln vitro 37% Тbх18+ клеток, выделенные их проэпикарда, способны образовывать колонии, а 34% из этих колоний, в свою очередь, дифференцируются в кардиомиоциты с характерной цитоархитектоникой, экспрессией маркерного белка сТnТ и способностью к спонтанным сокращениям, а также в гладкомышечные клетки, характеризующиеся экспрессией тяжёлых цепей гладкомышечного миозина. Таким образом, не все, но многие клетки проэпикарда обладают мультипотентностью (авторы работы расценивают это свойство как плюрипотентность, что, по-видимому, ошибочно).
Клетки уже сформированного, взрослого эпикарда способны к миграции после реактивации экспрессии Тbх18 [13]. C.-L. Cai и и соавт. попытались выяснить, обладают ли эти мигрирующие элементы дифференцировочным потенциалом, характерным для их проэпикардиальных предшественниц. Но, к их разочарованию, эти клетки в подходящих культуральных условиях дифференцировались лишь в гладкомышечные клетки сосудов, и никогда - в кардиомиоциты, что подтвердилось неспособностью их потомков экспрессировать ген сТnТ. Причины, лежащие в основе такого различия дифференцировочного потенциала, могли бы оказаться очень существенными для попыток использовать клетки эпикарда в регенеративной терапии заболеваний сердца. На данный момент, однако, следует констатировать, что эти клетки не могут быть применены как источник кардиомиоцитов.
Ещё одно интересное дополнение к картине развития сердца в эмбриогенезе сделала недавно научная группа В. Zhou. Исследователи показали, что в процессе дифференцировки Nkх2-5+/Isl1+ клетки дают начало популяции, экспрессирующей маркер Wt1, которая локализуется в проэпикарде и, в свою очередь, дифференцируется в функциональные кардиомиоциты, мозаично распределяющиеся в пределах миокарда и межжелудочковой перегородки. Авторы подтвердили это, выявив экспрессию клетками Wt1+ популяции сердечного тропонина Т и актина саркомеров (Aсtn1), а также транскрипционных факторов Gata4 и Nkх2-5.
В культуре in vitro Wt1+ клетки дифференцировались в кардиомиоциты, способные к спонтанным сокращениям и генерированию кальциевого тока на мембране, кальциевых волн и кальциевых пиков, и помимо этого были способны давать начало эндотелиальным клеткам и клеткам гладкой мускулатуры сосудов.
Каким образом Wt1+ клетки соотносятся с Тbх18+ клетками, неясно, так как авторы работы не анализировали их на предмет экспрессии Тbх18. В действительности, они отличаются лишь способностью образовывать эндотелий сосудов: Wt1+ клетки могут дифференцироваться в эндотелиальные элементы, а Тbх18+ - нет. К сожалению, пока не создано общей картины экспрессии стадиеспецифических маркеров, позволяющей получить исчерпывающее представление о кардиомиогенезе, и говорить о Тbх18+ и Wt1+ клетках как о самостоятельных клеточных популяциях, по-видимому, преждевременно. Скорее, они представляют собой различные стадии коммитирования уже известных клеток- предшественниц. Также сомнительна их перспективность для клеточной терапии.
Неясно также, насколько видоспецифична экспрессия некоторых из описанных маркеров. Обсуждаемые эксперименты были проведены на мышах, однако более ранние работы на куриных эмбрионах показали иные результаты, свидетельствующие о том, что клетки проэпикарда вовсе не дифференцируются в кардиомиоциты in vivo [14-18]. Это ставит под сомнение о возможность экстраполяции данных, полученных на экспериментальных объектах, на эмбриогенез сердца человека.
References
- Olson Е. N. A decade of discoveries in cardiac biology. Nature Med. 2004; 10: 467-74.
- Srivastava D. Making or breaking the heart: from lineage determination to morphogenesis. Cell 2006; 126: 1037—48.
- Murry C.E., Field L.J., Menasche P. Cell-based cardiac repair: reflections at the 10-year point. Circulation 2005; 112: 3174—83.
- Buckingham M., Meilhac S., Zaffran S. Building the mammalian heart from two sources of myocardial cells. Nature Rev. Genet. 2005; 6: 826-35.
- Cai C.-L., Liang X., Shi Y. et al. Isl1 identifies a cardiac progenitor population that proliferates prior to differentiation and contributes a majority of cells to the heart. Dev. Cell 2003; 5: 877—89.
- Kelly R., Evans S.M. The secondary/anterior heart field. Heart Development and Regeneration (eds Rosenthal, N. & Harvey R. P.) (Academic, San Diego, in the press).
- Mikawa T., Fischman D. A. Retroviral analysis of cardiac morphogenesis: discontinuous formation of coronary vessels. Proc. Natl Acad. Sci. USA 1992; 89: 9504-8.
- Mikawa T., Gourdie R.G. Pericardial mesoderm generates a population of coronary smooth muscle cells migrating into the heart along with ingrowth of the epicardial organ. Dev. Biol. 1996; 174: 221—32.
- Gittenberger-de Groot A.C., Vrancken Peeters M.P., Mentink M.M., Gourdie R.G., Poelmann R.E. Epicardium-derived cells contribute a novel population to the myocardial wall and the atrioventricular cushions. Circ. Res. 1998; 82: 1043-52.
- Lepilina A., Coon A.N., Kikuchi K. et al. A dynamic epicardial injury response supports progenitor cell activity during zebrafish heart regeneration. Cell 2006; 127: 607—19.
- Kraus F., Haenig B., Kispert A. Cloning and expression analysis of the mouse T-box gene Tbx18. Mech. Dev. 2001; 100: 83—6.
- Рurеz-Роmаrеs J.M., Carmona R., Gonzblez-lriarte M. et al. Origin of coronary endothelial cells from epicardial mesothelium in avian embryos. Int. J. Dev. Biol. 2002; 46: 1005-13.
- Smart N., Risebro C.A., Melville A.A. et al. Thymosin b4 induces adult epicardial progenitor mobilization and neovascularization. Nature 2007; 445: 177-82.
- Wilm B., Ipenberg A., Hastie N.D., Burch J.B., Bader D.M. The serosal mesothelium is a major source of smooth muscle cells of the gut vasculature. Development 2005; 132: 5317—28.
- Merki E., Zamora M., Raya A. et al. Epicardial retinoid X receptor a is required for myocardial growth and coronary artery formation. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2005; 102: 18455-60.
- Gittenberger-de Groot A.C., Vrancken Peeters M.P., Mentink M.M., Gourdie R.G., Poelmann R. E. Epicardium-derived cells contribute a novel population to the myocardial wall and the atrioventricular cushions. Circ. Res. 1998; 82: 1043-52.
- Dettman R.W., Denetclaw W.J., Ordahl C.P., Bristow J. Common epicardial origin of coronary vascular smooth muscle, perivascular fibroblasts, and intermyocardial fibroblasts in the avian heart. Dev. Biol. 1998; 193: 169-81.
- Mikawa T., Gourdie R.G. Pericardial mesoderm generates a population of coronary smooth muscle cells migrating into the heart along with ingrowth of the epicardial organ. Dev. Biol. 1996; 174: 221—32.
Supplementary files
