Расшифрован механизм прикрепления и коммуникации кроветворных стволовых клеток
Исследователи из Национальных институтов здоровья (NIH) расшифровали ключевую последовательность событий, которая определяет, останутся ли стволовые клетки, производящие красные и белые кровяные клетки, закрепленными в костном мозге или мигрируют в кровеносную систему.
Понимание факторов, управляющих миграцией кроветворных стволовых клеток, может улучшить лечение лейкемии — рака, поражающего циркулирующие белые кровяные клетки. Результаты также важны для культивирования иммунных клеток вне организма, где их можно временно хранить во время химиотерапии и других методов лечения, подавляющих иммунитет. Кроме того, это может помочь в разработке стратегии выращивания больших количеств эритроцитов в лабораторных условиях, чтобы снизить потребность в донорской крови.
Ранее считалось, что химические сигналы, определяющие состояние клеток (стационарное или свободное), исходят исключительно от клеточного микроокружения в костном мозге. Новое исследование показывает, что сами стволовые клетки производят собственные химические сигналы, которые, в свою очередь, могут влиять на сигналы, получаемые ими извне.
«Это важное открытие углубит наше понимание того, как образуются клетки крови и иммунные клетки», — отметил Дуэйн Александер, директор Национального института детского здоровья и развития человека (NICHD) NIH.
Результаты опубликованы в Nature Cell Biology. Исследование проведено в лаборатории Дженнифер Липпинкотт-Шварц, руководителя секции биологии органелл NICHD. Первым автором работы стала Дженнифер Жиллет из той же секции. Соавторами выступили Андре Ларшель и Синтия Е. Данбар из отделения гематологии Национального института сердца, лёгких и крови NIH.
Доктор Жиллет пояснила, что гемопоэтические стволовые клетки-предшественники, дающие начало эритроцитам и иммунным клеткам, перемещаются между кровотоком и костным мозгом. В костном мозге они закрепляются, прикрепляясь к клеткам костной ткани — остеобластам.
Известно, что остеобласты секретируют вещество SDF-1 (фактор-1, производный стромальных клеток), которое действует как химический сигнал, регулирующий прикрепление стволовых клеток. Большое количество SDF-1 заставляет стволовые клетки покидать костный мозг и выходить в кровоток. Небольшой же постоянный импульс SDF-1, наоборот, привлекает стволовые клетки и приводит к их прикреплению к остеобластам.
В лабораторных культурах доктор Жиллет и её коллеги инкубировали неприкрепленные стволовые клетки с остеобластами. По мере приближения к остеобластам стволовые клетки развивали длинные щупальцевидные выступы — уроподы. Уроподы прикреплялись к поверхности остеобластов. Затем небольшая часть уропода поглощалась внутрь остеобласта. В конечном итоге этот материал оказывался запечатанным внутри эндосомы — крошечной структуры внутри клетки, похожей на пузырёк. После поглощения материала уропода остеобласты начинали производить SDF-1.
По словам доктора Жиллет, похоже, именно материал стволовой клетки стимулировал остеобласт производить SDF-1 — вещество, которое заставляет стволовую клетку либо оставаться прикрепленной, либо мигрировать в кровь.
«Наше исследование показывает, что стволовые клетки, возможно, действительно способны манипулировать сигналами, которые они получают из окружающей среды. Похоже, у стволовых клеток немного больше контроля, чем мы думали», — сказала она.
В дальнейшем исследователи планируют изучить влияние SDF-1 на клетки лейкемии — свободно плавающие раковые клетки, происходящие из стволовых клеток, чтобы понять, как клетки лейкемии взаимодействуют со своим клеточным окружением.
«Одна из идей, которую мы надеемся проверить, — определяют ли раковые клетки стимулируют клетки своего окружения производить вещества, которые помогают им расти, аналогичным образом. Возможно, мы сможем нарушить эти сигналы и подавить раковые клетки», — добавила она.
Кроме того, более глубокое понимание самого процесса связывания может в будущем позволить воспроизвести факторы, которые стимулируют стволовые клетки оставаться на месте и начинать производить клетки крови. Возможность культивировать кровь в лаборатории может снизить потребность в донорской крови.
Источник: NIH/National Institute of Child Health and Human Development