Как сперматогониальные стволовые клетки поддерживают свою численность

Постоянное производство спермы зависит от поддержания стабильного количества сперматогониальных стволовых клеток в семенниках. Исследователи, включая доцента Ю Китадатэ и профессора Сёсэя Ёсиду (биологов-эмбриологов из Национального института фундаментальной биологии, Япония) и профессора Бенджамина Саймонса (теоретического физика из Кембриджского университета, Великобритания), раскрыли новый механизм контроля популяции стволовых клеток. Их результаты показывают, что постоянное количество стволовых клеток в семенниках мышей достигается за счёт самоорганизующегося процесса, в котором они активно мигрируют и конкурируют за ограниченный запас факторов роста фибробластов (FGF), способствующих самообновлению. Исследование опубликовано онлайн в журнале Cell Stem Cell 20 ноября 2018 года.

В отличие от тканей с классической нишей стволовых клеток (например, семенники дрозофилы или кишечник млекопитающих), где клетки сгруппированы в специализированном микроокружении, сперматогониальные стволовые клетки мыши не образуют кластеров. Они высокоподвижны и рассеяны по базальной мембране, но при этом их плотность остаётся удивительно равномерной.

Ключевые открытия:

• Источником FGF (в частности, Fgf5, 8 и 4), необходимых для самообновления стволовых клеток, является подгруппа лимфатических эндотелиальных (LE) клеток в семеннике.
• Мигрирующие стволовые клетки поглощают и потребляют FGF.
• Клетки, потребляющие больше FGF, с большей вероятностью делятся (самообновляются), а те, что потребляют меньше, — дифференцируются.

Это создаёт систему, в которой стволовые клетки конкурируют друг с другом за ограниченный запас FGF. В результате их количество автоматически регулируется и стабилизируется на определённом уровне, который зависит от скорости производства FGF. Этот механизм контроля численности через «конкуренцию за митогены» характерен для тканей без анатомически чётко определённой ниши, так называемой открытой ниши.

Значение исследования:

• Раскрыт новый, простой механизм самоорганизации для поддержания постоянного числа стволовых клеток.
• Механизм может иметь значение для понимания регуляции стволовых клеток и в других типах тканей.
• Профессор Ёсида проводит аналогию: «Сперматогониальные стволовые клетки мигрируют в семеннике, чтобы потреблять FGF, подобно тому как коровы перемещаются по лугу, поедая траву, которая служит им пищей. Интересно, что динамику стволовых клеток можно описать с помощью математики, схожей с той, что используется в экологии».