Программы органогенеза из стволовых клеток. Формирование зародышевых листков

Известно, что в реализации программ органогенеза с образованием структурно-функциональных единиц из специализированных тканевых клеточных линий млекопитающих и человека принимают участие около 14 500 генов, из которых 12 000 отсутствуют в геноме низших организмов и беспозвоночных.

Именно поэтому стволовые клетки имеют важнейшее значение для изучения закономерностей реализации геномных программ развития в процессе эмбриогенеза. В условиях культивирования особенностью механизмов дифференцировки и специализации ЭСК является образование линий коммитированных клеток-предшественников без участия генов гомеозиса, только под влиянием master genes, кодирующих формирование клеток трех зародышевых листков.

Иными словами, изучать механизм органогенеза с помощью ЭСК in vitro не представляется возможным. Высвобождение генетической информации, направленной на формирование экто-, энто- и мезодермы in vitro, начинается на периферии клона ЭСК, агрегированных в крупное (от 60 до 100 клеток) эмбриоидное тельце. Беспорядочная спонтанная дифференцировка ЭСК в культуре без фидерного слоя и LIF характеризуется смешанным образованием клеточных производных всех трех зародышевых листков.

Определенный интерес представляет тот факт, что в суспензионных агрегатах ЭСК спонтанной дифференцировке клеток присуща топографическая инверсия по сравнению с дифференциацией слоев зародышевой ткани in situ: наружный слой клеток образует энтодерму, средний — мезодерму, тогда как в центре клона формируется эктодерма (O'Shea, 1999).

органогенез из стволовых клеток

Реже, но достаточно часто, при культивировании ЭСК in vitro происходит спонтанная активация master genes, ответственных за развитие кардиогенной мезодермы (пкх 2,5), нейральной трубки (msx3) или первичных кроветворных клеток желточного мешка (elkf). При этом в результате экспрессии ранних генов зародышевых листков и первичной специализации образуются хаотические скопления клеток, в которых среди нейроноподобных клеточных элементов встречаются сокращающиеся каждый в своем ритме кардиомиоциты.
Это свидетельствует о том, что органогенез в культуре реализуется неупорядоченно, лишь отдельными фрагментами программы.

В нормально развивающемся эмбрионе формирование зародышевых листков, сегментация и миграция ранних прогениторных клеток способствуют созданию первичных органов, которые служат зоной адресной доставки регионарных стволовых клеток: нейральных — из нервной трубки, нейроэпителиальных и мезенхимальных — из нервного гребня, регионарных стволовых кроветворных клеток, прогениторов эндотелия, герменативного эпителия и стволовых клеток мышечной системы — из желточного мешка. Таким образом, первичные органы служат для временного накопления, хранения и транзита регионарных стволовых клеток, а их образование является результатом согласованных взаимодействий клеток экто-, мезо- и энтодермы с мезенхимой.

Однако при культивировании стволовых клеток специализация клеточных линий в эмбриоидном тельце путем спонтанной дифференцировки происходит одновременно с активацией генов трех зародышевых листков.

Добавление 0,5 мкмоль ретиноевой кислоты в 3 раза повышает скорость созревания нейронов из ЭСК в культуре нейральных стволовых клеток фетального мозга в присутствии FGF. Установлено, что ретиноевая кислота индуцирует экспрессию генов детерминации (neurod, neun, р21), а нейротрофины BDNF, NT-3, NGF активируют рестрикционное созревание линий нейронов с четким нейромедиаторным профилем. Считается, что ВМР-2 и ВМР-4 необходимы для завершения терминальных стадий биохимической специализации нейронов (Aluarez-Buylla, 1999).

- Читать далее "Развитие нервной ткани из стволовых клеток. Формирование кроветворения из стволовых клеток"

Оглавление темы "Дифференциация и применение стволовых клеток":
1. Программы органогенеза из стволовых клеток. Формирование зародышевых листков
2. Развитие нервной ткани из стволовых клеток. Формирование кроветворения из стволовых клеток
3. Развитие клеток крови из стволовых клеток. Формирование кардиомиоцитов из стволовых клеток
4. Миогенная дифференцировка стволовых клеток. Факторы дифференцировки стволовых клеток
5. Активность дифференцированных стволовых клеток. Пересадка эмбриональных стволовых клеток
6. Применение эмбриональных стволовых клеток. Эмбриональные стволовые клетки при иммунодефицитах
7. Трансплантация нейробластов. Нейротрансплантация в лечении паркинсонизма
8. Клинический потенциал стволовых клеток. Тератомы эмбриональных стволовых клеток
9. Терапевтичекое клонирование стволовых клеток. Принципы терапевтического клонирования
10. Размножение стволовых клеток. Регенеративно-пластические технологии и биоэтические вопросы

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: