Обеспечение «контроля качества» новых стволовых клеток: макрофаги проводят отбор

Исследователи из Программы по стволовым клеткам Бостонской детской больницы, используя визуализацию в реальном времени и клеточное штрихкодирование, выяснили, как новые стволовые клетки — в данном случае, кроветворные — проходят проверку на качество вскоре после рождения. Исследование, опубликованное 22 сентября в журнале Science, может иметь значение для онкологии и регенеративной медицины.

Под руководством Сэма Уоттраса, аспиранта в лаборатории Леонарда Зона, исследователи использовали модель рыбки данио-рерио для наблюдения за развитием стволовых клеток. Они обнаружили, что после рождения стволовая клетка перемещается в особое место, где иммунные клетки, известные как макрофаги, вступают в тесный физический контакт с каждой клеткой.

Именно тогда происходит отбор: команда выяснила, что клетки, демонстрирующие признаки стресса (имеющие высокий уровень токсичных молекул, известных как активные формы кислорода), поглощались и уничтожались макрофагами. В то же время, очевидно здоровые стволовые клетки оставались жить и избирательно размножались.

«Всякий раз, когда макрофаг взаимодействует с клетками, он получает огромное количество биологической информации, — говорит Уоттрас. — Мы видим, что клетки с высоким уровнем стресса уничтожаются, а клетки с низким уровнем стресса избирательно делятся».

Исследуя дальше, Уоттрас и коллеги показали, что стрессированные стволовые клетки несли на своей поверхности специфический маркер — белок кальретикулин, который действует как сигнал «съешь меня». Стволовые клетки, лишённые кальретикулина или имеющие его в небольших количествах, не поедались и, по-видимому, получали стимул к размножению. Макрофаги, казалось, удаляли с них некоторый материал, после чего стволовые клетки начинали делиться.

«Используя клеточное штрихкодирование, мы можем измерить количество клонов (отдельных популяций клеток) после взаимодействия, — поясняет Зон, который также работает в Отделении гематологии/онкологии и является исследователем Медицинского института Говарда Хьюза. — Если макрофагу не «нравится» стволовая клетка, этот клон не войдёт в пул стволовых клеток».

Потенциальные последствия для онкологии и регенеративной медицины

Команда также наблюдала аналогичные взаимодействия макрофагов со стволовыми клетками у эмбрионов мышей. Зон считает, что этот процесс контроля качества может привести к новым подходам в лечении рака и регенеративной медицине и в настоящее время исследует обе возможности в своей лаборатории.

«По сути, вы будете учить стволовые клетки быть привлекательными или отталкивающими для макрофагов с помощью малых молекул или других таргетных терапий», — говорит он.

В онкологии известно, что раковые клетки могут демонстрировать сигналы «не ешь меня», чтобы избежать атак иммунной системы, и существует большой интерес к блокированию этих сигналов антителами. Но Зона больше интересуют сигналы «съешь меня» и возможность их внедрения в предраковые или раковые клетки, чтобы побудить макрофаги уничтожить их.

Такие подходы потенциально можно использовать при предраковых состояниях, таких как клональный гемопоэз и миелодисплазия, характеризующихся появлением популяций дефектных кроветворных клеток, а также при лейкемии и других онкогематологических заболеваниях.

«Возможно, существует способ использовать малую молекулу, чтобы вызвать стресс в клетке, что приведёт к появлению кальретикулина на поверхности и заставит макрофаги уничтожить проблемные клоны», — предполагает Зон.

Он рассматривает противоположный подход в регенерации тканей, где маркеры стволовых клеток можно было бы модифицировать, чтобы побудить макрофагов оптимизировать пул стволовых клеток для клеточной терапии. Хотя это исследование было сосредоточено на кроветворных стволовых клетках, Зон полагает, что другие популяции стволовых клеток, вероятно, проходят аналогичный процесс контроля качества.

Если это так, последствия для здоровья на протяжении всей жизни могут быть значительными. «Ваш пул стволовых клеток формируется в основном во время эмбрионального развития, — отмечает Зон. — Взаимодействия, которые происходят здесь, определяют, какие стволовые клетки будут использоваться во взрослом возрасте».