Выяснен механизм поддержания стволовости гемопоэтических стволовых клеток крови

Исследовательская команда из Института Наук Вейцмана (Weizmann Institute of Science, Израиль) под руководством профессора Цви Лапидот (Tsvee Lapidot) обнаружила в костном мозге ранее неизвестный тип клеток, предотвращающий дифференцировку гемопоэтических стволовых клеток, и описала механизм, позволяющий этому клеточному типу сохранять «вечную молодость» стволовых клеток костного мозга. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Immunology.

В костном мозге млекопитающих имеется пул недифференцированных клеток-предшественниц клеток крови (гемопоэтические стволовые клетки), которые при неблагоприятных условиях пролиферируют и дифференцируются в зрелые клетки крови и иммунной системы. Например, в условиях низкого атмосферного давления в костном мозге человека образуются дополнительные эритроциты (красные клетки крови), восполняющие недостаток гемоглобина, переносящего кислород в органы и ткани.

Гемопоэтические стволовые клетки в красном костном мозге располагаются в окружении мезенхимальных клеток – особого типа поддерживающих клеток, удовлетворяющих их потребности в питательных веществах и кислороде, а также контролирующих степень их дифференцировки. В новом исследовании также был выявлен ранее неизвестный тип «поддерживающих» клеток костного мозга. Эти клетки являются разновидностью клеток иммунной системы и относятся к группе макрофагов – клеток мезенхимального происхождения, функцией которых является активный захват и переваривание бактерий, остатков погибших клеток и чужеродных для организма агентов. Команде израильских ученых удалось установить еще одну функцию редкой субпопуляции макрофагов костного мозга: оказалось, что они способны предотвращать дифференцировку стволовых клеток.

Более детальные исследования позволили раскрыть механизм, с помощью которого макрофаги защищают стволовые клетки: они выделяют химические соединения, называемые простагландинами, которые абсорбируются стволовыми клетками. Цепь биохимических превращений этих соединений откладывает время начала дифференцировки стволовых клеток, сохраняя их в недифференцированном состоянии. Оказалось, что простагландины действуют также на мезенхимальные клетки, активируя в них секрецию химического соединения, препятствующего началу дифференцировки стволовых клеток и усиливающего продукцию рецепторов для этих соединений на поверхностной мембране стволовых клеток. По словам Лапидот, этот механизм помогает неделящимся стволовым клеткам выжить во время проведения курса химиотерапии, что является хорошо известным феноменом. Макрофаги также выживают во время курса лечения и отвечают на него усилением продукции простагландинов, повышая свою способность защищать стволовые клетки.

Кроме того, активность защитных макрофагов повышается во время инфекционного заболевания. В то время как другие клетки макрофагального семейства созревают, чтобы участвовать в иммунном ответе против патогенов, действие защитных макрофагов направлено на ингибирование дифференцировки чрезмерного количества стволовых клеток и сохранение их пула в костном мозге.

В предыдущем исследовании, проведенном в лаборатории Лапидот, было показано, что лечение простагландинами может повысить количественные и качественные характеристики стволовых клеток. Эффективность такого подхода в настоящее время оценивается врачами в клинических испытаниях, во время которых пациентам взрослого возраста, больным лейкемией, проводится трансплантация стволовых клеток пуповинной крови. Результаты этих клинических испытаний свидетельствуют о том, что предварительное назначение пациентам простагландинов улучшает миграцию и способность к репопуляции стволовых клеток, позволяя небольшому числу стволовых клеток костного мозга более эффективно воздействовать на организм больных.

«Настоящее исследование указывает на перспективность дальнейших исследований, направленных на изучение взаимосвязей между клетками иммунной системы и стволовыми клетками костного мозга, - говорит Лапидот. - Понимание механизмов, задействованных при функционировании этих клеток может повысить эффективность трансплантации костного мозга, а также клеток пуповинной крови».

По материалам Weizmann Institute of Science

Оригинальная статья:
Aya Ludin, Tomer Itkin, Shiri Gur-Cohen, Alexander Mildner, Elias Shezen, Karin Golan, Orit Kollet, Alexander Kalinkovich, Ziv Porat, Gabriele D'Uva, Amir Schajnovitz, Elena Voronov, David A Brenner, Ron N Apte, Steffen Jung, Tsvee Lapidot. Monocytes-macrophages that express α-smooth muscle actin preserve primitive hematopoietic cells in the bone marrow. Nature Immunology, 2012; 13 (11): 1072 DOI: 10.1038/ni.2408