Материал: Стволовые клетки и молекулярная биология

Влияние трансгенных технологий на функциональную геномику

Технологии переноса генов у млекопитающих находятся в фокусе возобновившегося интереса из-за последнего акцента на анализе функции гена в постгеномную эру. Тремя важными направлениями развития в этой области являются трансгеника, гены- мишени и пересадка ядер или клонирование животных. Эти технологические инновации увеличили нашу способность анализировать функцию гена на уровне целого организма и обеспечили средства для модификации экспрессии гена. Представлены различные приложения и технологии, включая инжиниринг хромосом, стволовые клетки и генные ловушки. Влияние мышиных технологий и геномики на функциональный анализ также обсуждается/42/

Получение взрослых животных путем ядерного клонирования из взрослых донорских клеток чрезвычайно неэффективно, поскольку большинство клонов гибнет вскоре после имплантации. Напротив, клонирование из ядер эмбриональных стволовых клеток значительно более эффективно, чем из взрослых донорских клеток.

Однако, независимо от типов донорских клеток, все клоны, которые выживают до рождения, не страдают серьезными ненормальностями фенотипа или экспрессии генов. Все имеющиеся данные согласованы с взглядом, что все аномальные фенотипы клонированых животных вызваны поврежденным эпигенетическим репрограммированием донорского ядра. Дефектное репрограммирование, по-видимому, вызвано самим процессом клонирования, также как и эпигенетическим состоянием донорского ядра. По контрасту с репродуктивным клонироваием дефектное репрограммирование донорского ядра не имеет тенденции вмешиваться в приложения технологии переноса ядер для терапевтических целей (терапевтическое клонирование)/18/.

Пути прямого превращения одной соматической клетки в другую (процесс, известный, как трансдифферецировка) облегчит трудности, связанные с современными процедурами трансплантации ядер и будет полезен для получения клеток для замещения в терапевтических целях. Было показано, что взрослые стволовые клетки имеют более широкий дифференцировочный потенциал, чем предполагалось, и могут преобразовываться в другие ткани, чем те, в которых они являются резидентами. Кроме того, новые стратегии трансдифферецировки были развиты. Приводится иллюстрация функционального репрограммирования соматической клетки с использованием ядерных и цитоплазматических экстрактов из другого соматического клеточного типа.

Репрограммирование 293T фибробластов в экстракте из Т клеток засвидетельствовано поглощением ядра, сборкой транскрипционных факторов, индукцией активности хроматинового ремоделирующего комплекса, изменениями в композиции хроматина и активации, специфичных для лимфоидной ткани генов. Репрограммированные клетки экспрессировали специфичные для Т клеток поверхностные молекулы и комплекс регуляторных функций.

Мы предположили, что in vitro клеточное репрограммирование может создать возможности для получения изогенных клеток для замещения в терапевтических приложениях. Система также, похоже, создает мощный инструмент для изучения механизмов ядерного репрограммирования, как это происходит in vitro/15/.

Таким образом, для анализа функции гена в настоящее время используются новейшие технологии: трасгенику, гены - мишени и пересадку ядер или клонирование животных.

Сигнальная трансдукция у стволовых клеток

Вместе со своим лигандом, фактором стволовых клеток, рецептор тирозин-киназы c-Kit является ключевым контролируюшим рецептором для некоторых клеточных типов, включая гематопоэтические стволовые клетки, тучные клетки, меланоциты и зародышевые клетки.

Мутации в c-Kit были описаны в некоторых опухолях человека, включая тестикулярную герминому, острую миелоидную лейкемию и желудочно - кищечные опухоли.

Стимуляция c-Kit его лигандами ведет к димеризации рецепторов, активации его внутренней тирозин - киназной активности и фосфорилированию ключевых тирозиновых остатков в рецепторе. Эти фосфорилированные тирозиновые остатки служат как места связывания для некоторых сигнальных трансдуцирующих молекул, содержащих Src гомологичные 2 домены, которые таким образом рекрутируются рецептором и активируются много раз путем фосфорлирования репецтора/37/.

Таким образом, вместе со своим лигандом, фактором стволовых клеток, рецептор тирозин-киназы c-Kit является ключевым контролируюшим рецептором для некоторых клеточных типов, включая гематопоэтические стволовые клетки.

Маркеры и механизмы трансплантационной толерантности

Трансплантационная толерантность может быть индуцирована у взрослых грызунов путем использования монклональных антител против корецептора или костимулирующих молекул на поверхности Т клеток. В настоящее время выделено две хорошо охарактеризованных популяции Т клеток, демонстрирующих регуляторную способностью: ”натуральные ” CD4+CD25+ Т клетки и продуцирующие иинтерлейкин_10 Tr1 клетки.

Хотя оба типа регуляторных Т клеток могут индуцировать трансплантационную толерантность при определенных условиях, не ясно играет ли они какую-то роль в индуцированной лекарством доминантной толерантности, в первую очередь из-за отсутствия точно определенных молекулярных или функциональных маркеров.

Сходно с этим, хотя дендритные клетки могут быть фармакологически манипулируемы для достижения толерантности, фенотип таких популяций остается плохо определенным. Использовался серийный анализ экспрессии генов с 29 различными Т - клетками и библиотеками антиген - презентирующих клеток для определения экспрессии генов, связанной с иммунной регуляцией.

Найдено, что независимо полученные, регуляторные сходные с Tr1 клоны были высоко согласованы, в их образцах экспрессии генов с совершенно отличными CD4+CD25+ регуляторными Т клетками из селезенки. Дендритные клетки, обработанные индуцирующим толерантность агентами IL-10 или витамином D3, демонстрировали экспрессию генов, отражающую функциональную специализацию общую с наиболее незрелыми дендритными клетками, полученными от эмбриональных стволовых клеток/7/.

Таким образом, в настоящее время выделено две хорошо охарактеризованных популяции Т клеток, демонстрирующих регуляторную способность: ”натуральные ” CD4+CD25+ Т клетки и продуцирующие иинтерлейкин_10 Tr1 клетки. Оба типа регуляторных Т клеток могут индуцировать трансплантационную толерантность. Дендритные клетки также, по - видимому, участвуют в достижении толерантности,

Регенерация у амфибий и стволовые клетки

Головастики и взрослые особи хвостатых амфибий и лягушачьи головастики регенерируют свои конечности через процесс гистолиза и дедифференцировки зрелых клеток, локализованных на поверхности ампутации, которые накапливаются под эпителием раны как бластема стволовых клеток.

Эти стволовые клетки нуждаются в ростовых и трофических факторах из апикальной эпидермальной шапочки (чехла) и нервах, которые реиннервируют бластему и необходимы для их выживания и пролиферации стволовых клеток. Члены семейства факторов роста фибробластов, синтезируемые как апикальным эпидермальным чехлом, так и нервами, фактор роста глии, субстанция P, и трасферрин нервов являются предполагаемыми факторами выживания и пролиферации.

Стволовые клетки из фибробластов и мышечных клеток могут трансдиференцироваться в другие клеточные типы при регенерации. Регеририрующая бластема является самоорганизующейся системой, основанной на позиционной информации, наследованной от родителей клетками конечностей. Ретиноиды, действующие чрез ядерные рецепторы, были использованы совместно с Assays для клеточной адгезии для того, чтобы показать, что позиционная идентичность клеток бластемы закодирована на клеточной поверхности.

Эти молекулы участвуют в сети сигнализации от клетки к клетке, которая восстанавливает исходную структуру конечности. Другими интересными системами, которые регенерируют путем гистолиза и дедифферецировки пигментированных эпителиальных клеток, являются нейрональная ретина и хрусталики.

Члены семейства факторов роста фибробластов также важны для регенерации этих структур. Механизм регенерации у амфибий путем дедифференцировки важен для развития регенеративной медицины, поскольку понимание этого механизма может предложить идеи, как мы можем химически индуцировать регенерацию тканей млекопитающих/46/.

Таким образом, регенерация конечностей у амфибий проходит с участием стволовых клеток.