Схема показывает жизненный путь стволовых клеток.
До поры до времени стволовые клетки покоятся в специальных нишах (вверху слева). Затем, подчиняясь внешнему сигналу, они начинают делиться, и часть их возвращается в дремлющее состояние (в центре вверху). Другая часть превращается в специализированные клетки (в центре внизу). Наконец, часть клеток-потомков мигрирует в иные области и там занимает пустые ниши, чтобы при необходимости пройти путь превращения в какой-либо вид специализированных клеток (справа).
Синим цветом показаны покоящиеся стволовые клетки красным – размножившееся их потомство, зеленым – зрелые специализированные клетки.
Тут необходимо сделать терминологическое пояснение. Эмбриональные стволовые клетки обладают неограниченным потенциалом в смысле генерирования дифференцированных «продуктов» самых разных тканей. Именно на этом их свойстве основан метод выключения генов: у одной из эмбриональных клеток выключают ген в хромосоме (клетка остается жизнеспособной из-за наличия нормального гена в другой хромосоме, вернее, хромосоме другого родителя). Со временем эта клетка, вернее, ее потомки попадают в половые железы, давая спермии и яйцеклетки. Соединение половых клеток с выключенными генами дает потомство без данного гена…
Из-за неограниченного потенциала стволовые клетки эмбриона называют плюрипотентными (вспомните столь модное не так давно слово «плюрализм»). А стволовые клетки взрослого организма нарекли мультипотентными – то есть со многими, но не всеми потенциями развития. Так оно и пошло, что перспективу видели именно в плюрипотентных ЭСК – эмбриональных стволовых клетках, клеткам же из взрослого организма отводилась вспомогательная роль.
Но тут препятствий масса вышла. Прежде всего, речь зашла об этике, в том числе и врачебной. Ведь ЭСК и по сей день берут от зародышей-эмбрионов, что для человека связывается с неприглядным словом «абортарий». Со всеми вытекающими отсюда медицинскими и социальными проблемами. Кроме того, ЭСК весьма капризны в плане жизнеспособности. Пример – сотни неудачных попыток при клонировании, что крайне удорожает сам этот процесс. Да к тому же ЭСК часто дают так называемые тератомы, или уродливые разрастания, что тоже никому не нужно.
Ну, а стволовые клетки взрослого организма? Тут существует проблема ре- или перепрограммирования. Ведь стволовая клетка из взрослой ткани уже прошла в своем развитии несколько стадий дифференцировки. Поэтому ее необходимо вернуть в «исходное» плюрипотентное состояние, хотя и считалось, что сделать это уже невозможно. Вот почему стволовые клетки взрослых дают «производные» в пределах своей ткани.
Двойная спираль молекулы ДНК
И тут выяснилось, что никакого перепрограммирования вообще нет, а есть образование тетраплоидных гибридов с эмбриональными стволовыми клетками (то есть имеющих не двойной, как положено нам от матери- природы, а четверной набор хромосом). А это не есть хорошо, поскольку мы знаем, что болезнь Дауна возникает уже при наличии всего лишь трех хромосом одной пары. Вполне возможно, что аномальные тетраплоиды вызывают и возникновение тератом – с этим еще предстоит разбираться.
Но вполне возможно, что «Нейчур» зазря бил тревогу. Сами же авторы статей о гибридах стволовых клеток указывали, что они образуются крайне редко. Для стволовых клеток эта величина составила олин гибрид на 10-100 тысяч культивированных клеток мозга. Но, тем не менее, проблема есть, и с нею еще предстоит разбираться. Однако выступление «Нейчура» может оказаться и актом драматизации для привлечения внимания ученых к стволовым клеткам вообще. Таким образом в свое время привлекали внимание к той ДН К-идентификации, без которой сейчас вроде бы и не обойтись…
Уже через какое-то время тот же «Нейчур» выдал на гора новый залп статей, результаты которых вселяют весьма оправданный оптимизм. Речь прежде всего зашла о нишах. Дело в том, что до сих пор выращивание стволовых клеток страдало эдаким «редукционизмом», то есть «вот стою я перед вами словно голенький». Но ведь в организме клетки всегда развиваются в клеточных нишах. Хотите пример – пожалуйста.
Нишей для развивающейся яйцеклетки является Граафов пузырек, или фолликул. В нем яйцеклетка-ооцит находится в состоянии «ареста», то есть приостановленного развития (сохраняя, кстати, парный набор хромосом). Блокирует жизненный цикл клетки, не давая ей дальше делиться, белок «циклин». за открытие которого была вручена Нобелевская премия по медицине и физиологии в юбилейном 2001 году.
В таких же нишах находятся и другие стволовые клетки взрослых тканей. Для тех же меланоцитов нашей шевелюры, придающих ей цвет, нишей, как выяснили сотрудники отдела молекулярной генетики Киотского университета, является дно волосяного фолликула. Убивание меланоцитов приводит к «поседению» мышек, а их стимуляция – к восстановлению окраски шкурки. Причем стимулированные стволовые клетки начинают мигрировать и заселяют освободившиеся ниши, превращаясь по пути в меланоциты.
Поясним в скобках, что меланоциты синтезируют красящее волосы вещество меланин из тирозина. Но из тирозина синтезируется и такой важный нейротрансмиттер, как допамин. При гибели нейронов, синтезирующих допамин, возникает тяжкое заболевание – паркинсонизм. Так что проблема стволовых клеток для меланоцитов и их ниш важна не только с косметологической точки зрения…
Подобные ниши обнаружены и в мозгу, в одной из них, кстати, образуются нейроны для обонятельной зоны, о чем шла речь выше. Теперь вот, как выяснили сотрудники Института медисследований Г. Хьюза в калифорнийском городе Ла-Джолла, такой же нишей является и гиппокамп. Это извилина «морского конька», напоминающая по своей завитой форме хвост удивительной рыбки, лежит в основании височной доли нашего мозга. То, что в гиппокампе генерируются нейроны и во взрослом состоянии, неудивительно, поскольку именно клетки этого отдела отвечают за память. А она ведь действует и развивается до глубокой старости…
Уже само по себе это открытие уникально, поскольку никто не предполагал наличия второй ниши нейрогенеза. Но вряд ли ради одного этого «Нейчур» чуть ли не через номер стал бы снова посвящать свои страницы стволовым клеткам (похоже, что журналу давно пора организовывать новое приложение типа «Нейчур-стволовой»).
Открытие, сделанное в Калифорнии, принципиального характера. Дело в том, что ранее полагали, что в мозгу есть нейроны – нервные клетки и поддерживающие их клетки глии, название которой происходит от греческого «глюон» – клей (так физики даже называют одну из своих элементарных «склеивающих» частиц). А тут оказалось, что астроглия – вид глиальных клеток, имеющих отростки, которые расходятся в разные стороны подобно лучам звезды, является главным компонентом той ниши, в которой нейробласты, то бишь стволовые клетки, превращаются в дифференцированные нервные клетки.
Стволовые нервные клетки уже давно пытались выращивать в присутствии различных глиальных клеток. И раньше считали, что глия – как и в M03iy, – «питает» нейроны. Но оказалось, что свойствами направления нейробластов на «путь истинный» обладает конкретная глия из гиппокампа, да к тому же постнатальная, то есть только после рождения мышонка. Именно эта астроглия ускоряет развитие нейронов в 8 раз! А вот глия из взрослого гиппокампа действует гораздо медленнее, а из спинного мозга не действует вовсе ни в каком возрасте.
Клетки коры головного мозга млекопитающего
Не удивительно, что ученые прилагают все возможные усилия для того, чтобы хоть как-нибудь проследить судьбу стволовых клеток в культуре и не попутать одни с другими. Для этого в Ла-Джолле в нейробласты при помощи специальных методов ввели ген ЗФБ – зеленого флюоресцирующего белка, протеина медуз, благодаря которому обитатели тропических вод светятся в ночи. Астроциты же метились другим красителем и светились под микроскопом ярко-красным светом. Так что перепутать клетки разного происхождения было трудно.
А всего через пару месяцев появилась еще одна статья, на этот раз специалистов Национального института здравоохранения. Ученые описали методику «обогащения» нейропопуляций нейронов в среднем мозге, синтезирующих допамин. С помощью полученных допаминовых нейронов им удалось вылечить мышей с «моделью» паркинсонизма.