Мыши-«конфетти» помогли найти новый тип стволовых клеток

За построение и обновление наших тканей отвечает несколько популяций клеток. Их часто называют стволовыми, но за этим обозначением кроются два принципиально разных клеточных типа. Те, что постоянно делятся и дают начало множеству потомков, — это клетки-предшественники (или прогениторные клетки). Они, как правило, не могут превратиться (дифференцироваться) в клетки другого типа и нужны только для того, чтобы нарастить клеточную массу. Второй тип — истинные стволовые клетки — большую часть времени проводят в «спящем» состоянии, выходя из него редко только для того, чтобы разделиться. В ходе деления чаще всего образуется одна стволовая клетка и одна прогениторная. При этом популяция стволовых клеток остается неизменной, а новая клетка-предшественник начинает делиться дальше. По такому принципу устроены все наши обновляющиеся ткани: кровь (красный костный мозг), кожа, стенка кишечника. Долгое время считалось, что, несмотря на его интенсивный рост, хрящ к таким тканям не относится. Хрящевая ткань производит весь наш скелет до рождения и продолжает наращивать трубчатые кости после него. Происходит это так: между тонкой частью кости и головкой есть хрящевая пластинка — эпифиз. Его клетки делятся, хрящ увеличивается в размере, а потом окостеневает: клетки хряща отмирают, в пустое место между ними прорастают сосуды и кость. «Получается, что маленькая тоненькая пластинка роста должна произвести огромное, просто безумное количество клеток, чтобы их хватило на всю кость, — объяснил в интервью пресс-службе университета руководитель проекта, профессор МГМУ им. Сеченова Андрей Чагин. — Но современные представления толком не объясняют, как это происходит. Предполагается, что у нас изначально есть какой-то пул клеток-предшественников, количество которых закладывается во время эмбрионального развития, и потом они используются для формирования необходимого количества клеток хряща. Например, чтобы хватило на вашу берцовую или бедренную кость. И когда все эти клетки использовались, мы прекращаем расти». Читайте также: Как выращивают стволовые клетки на Урале. Репортаж из инновационной лаборатории крупнейшего в регионе медицинского университета. Чагин с коллегами из Швеции, Чехии, Австрии и США проследили за жизнью и превращениями хрящевых клеток. Для этого они использовали необычную линию трансгенных мышей-«конфетти». В их ДНК встроены гены, кодирующие четыре флуоресцентных белка: желтый, красный, синий и зеленый. В клетках хряща, которые активно производят коллаген, синтезируется и фермент рекомбиназа, которая случайным образом вырезает из ДНК гены флуоресцентных белков, оставляя один. В результате каждая клетка хряща окрашивается в какой-то цвет, а вся ткань становится похожей на мозаику. По ходу развития клетки делятся, образуя клоны, и все потомки наследуют гены и цвет материнской клетки. Ткань превращается в подобие полосатого коврика. Авторы исследования обнаружили, что до и после рождения хрящи у мышей выглядят по-разному. В ходе зародышевого развития все происходило так, как и ожидалось: отдельные прогениторные клетки образовывали небольшие клоны, а затем отмирали, и количество клонов сокращалось. Но после рождения ситуация изменилась: клонов стало меньше, зато они вырастали очень крупными (длинными). При этом в хряще стало больше редко делящихся клеток, то есть стволовых. Ученые предположили, что это превращение произошло под действием костной ткани, которая проросла на месте старого хряща и выделила сигнальные вещества. Под их влиянием в хряще сформировалась ниша — область, в которой покоятся стволовые клетки, — такая же, как и в других обновляющихся тканях. «Мы полностью изменили концепцию роста, — рассказывает о своей работе Чагин. — Он основан не на изначальном наборе прогениторных клеток, а на стволовой нише и стволовых клетках. Мы предполагаем, что пока ниша есть, пластинка роста будет работать, будет продуцировать клетки хряща. И исчезает пластинка не из-за того, что кончились прогениторы, а из-за разрушения ниши. Скорее всего, это происходит во время полового созревания. Если наши новые представления о росте мышей будут подтверждены для детей, это вызовет много разных изменений, например, в том, как лечить детей с нарушениями роста. Есть люди, которые из-за каких-то мутаций растут всю жизнь. В России это не так актуально, а в Швеции, где находится моя вторая лаборатория, много девочек, которые вырастают под два метра. Как? Никто не может объяснить. Вероятно, у этих пациентов ниша не разрушается, и они продолжают расти во взрослом возрасте. Когда мы разберемся, что контролирует эту нишу, мы сможем ее поддерживать, и тогда сможем регулировать рост так, как нам нужно».