Селективная дифференциация стволовых клеток. Регуляция дифференцировки стволовых клеток

Диапазон монофакторной управляемой дифференцировки стволовых клеток оказался довольно узким: в определенных концентрациях ретиноевая кислота индуцировала нейрогенез, ВМР-2 — образование эпителия энтодермы, TGF-p — преимущественно мышечных линий, IL-6 —эритроидных линий, IL-3 — моноцитарно-миелоидных линий (Schuldiner, 2000).

Уже первые исследования показали, что специфическая дифференцировка стволовых клеток и первичных половых клеток может быть индуцирована микроокружением специальных культуральных сред (Wobus et al, 1991; Maltsev et al, 1993, 1994; Rohwedel et al, 1994; Guan et al., 1999). Сегодня среда Игла, модифицированная Дульбекко (DMEM), с добавлением 20% фетальной телячьей сыворотки, глутамина, р-меркаптоэтанола и смеси аминокислот, используется для дифференцировки ЭСК линий D3 или R1 в кардиомиоциты (Maltsev et al, 1993, 1994; Guan et al, 1999).

DMEM-DCC — дифференцировочная среда, содержащая, помимо перечисленных компонентов, натрия селенит, бычий сывороточный альбумин и трансферрин, индуцирует дифференцировку ЭСК линий D3 или BLC6 в скелетномышечные клетки (Rohwedel et al, 1994). Тем не менее, процент однонаправленно дифференцированных клеток при использовании этих питательных сред оказался весьма невысоким. Исключение составляют, по-видимому, только эпителиальные клетки, доля которых при спонтанной дифференцировке достигает 100% (Bagutti et al, 1996).

В результате многочисленных исследований стало ясно, что дифференцировка стволовых клеток регулируется различными специфическими факторами (факторами роста, цитокинами, белками внеклеточного матрикса) и некоторыми соединениями, обладающими индукционными свойствами, прежде всего ретиноевой кислотой. Последняя до сегодняшнего дня остается наиболее часто применяемым индуктором дифференцировки ЭСК. Фенотипические характеристики образующихся клеток зависят не только от концентрации ретиноевой кислоты, но и от стадии развития эмбриоидных телец.

Использование ретиноевой кислоты в концентрации 10-7 М в течение первых двух суток после прикрепления эмбриоидных телец приводит к нейральной дифференцировке ЭСК. При ее концентрации в пределах от 10-8 до 107 М и сроках инкубации от 2 до 5 суток наблюдается нейро-и миогенез, в пределах 10-9-10-8 М и времени инкубации от 5 до 8 суток — кардиогенез, а при концентрации ретиноевой кислоты от 10-9 до 10-8 М через 7-11 суток культивирования образуются гладкомышечные клетки сосудов.

стволовые клетки

Более низкие концентрации ретиноевой кислоты, применяемые на более поздних стадиях, вызывают не только нейральную, но и мышечную дифференцировку, а при использовании еще более низких концентраций и более поздних сроков инкубации после фиксации эмбриоидных телец на подложке ЭСК дифференцируются в кардиомиоциты. Применение ретиноевой кислоты совместно с цАМФ запускает механизм иных типов дифференцировки, в частности формирования гладкомышечных клеток кровеносных сосудов (Guan et al, 1999).

Таким образом, при помощи ретиноевой кислоты можно получить достаточно широкий спектр производных ЭСК, меняя лишь концентрацию этого соединения и сроки воздействия. Подобная полифункциональность индуцирующего действия ретиноевой кислоты выглядит парадоксальной, учитывая формирование совершенно различных типов клеточных линий, вызываемое данным индуктором (Мануйлова и др., 2001).

Установлено, что механизм дифференцировочной полифункциональности ретиноевой кислоты реализуется в ЭСК посредством экспрессии различных транскрипционных факторов. В том случае, когда под влиянием ретиноевой кислоты ЭСК дифференцируются в скелетные мышцы, индуцируется экспрессия таких факторов, как MyoD, миогенин, Myf5, MRF4, а также Stra 13, тогда как индукция транскрипционного фактора Mhox приводит к дифференцировке ЭСК в гладкомышечные клетки сосудов.

Развитие кардиомиоцитов из стволовых клеток происходит при индукции ретиноевой кислотой синтеза транскрипционных факторов Nkx 2,5, MEF2, dHAND (Guan et al, 1999).

Следует отметить, что тканеспецифическая дифференцировка in vivo также регулируется посредством экспрессии транскрипционных факторов, что еще раз свидетельствует об адекватности модели ЭСК для анализа процессов дифференцировки.

- Вернуться в оглавление раздела "Патофизиология."

Оглавление темы "Дифференциация эмбриональных стволовых клеток":
1. Культивирование эмбриональных стволовых клеток. Участие стволовых клеток в эмбриогенезе
2. Генетически модифицированные стволовые клетки. Участие генов в дифференциации стволовых клеток
3. Гибридные клетки. Цитогибриды
4. Видовые эмбриональные гибридные клетки. Получение клонов гибридных клеток
5. Хромосомный и генетический набор гибридных клеток. Плюрипотентность гибридных клеток
6. Репрограммирование Х-хромосомы гибридных клеток. Плюрипотентность цитогибридов
7. Хромосомная память. Эффективная экспансия стволовых клеток в культуре
8. Спонтанная дифференцировка эмбриональных стволовых клеток. Дифференцировка стволовых клеток
9. Индуцированная дифференциация стволовых клеток. Направленная дифференциация стволовых клеток
10. Селективная дифференциация стволовых клеток. Регуляция дифференцировки стволовых клеток

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: