Чем говорят стволовые клетки днк. Стволовые клетки сопротивляются радиации «на тормозах

Стволовые клетки: правда, мифы и опасения

Что такое стволовые клетки?

Если говорить о стволовых клетках как таковых, то их главная особенность - способность к многократному делению. Проще говоря, благодаря им организм «обновляется». Но, увы, со временем скорость их деления уменьшается, и мы стареем. Несколько лет назад ученым показалось, что они нашли-таки «лекарство от возраста» - в виде эмбриональных, или зародышевых, стволовых клеток. Но чуда не случилось: из-за недостаточной изученности их действия и отдаленных последствий использования, а также многочисленной информации о потенциальной опасности такой клеточной терапии, к стволовым клеткам животного происхождения стали относиться очень настороженно. В большинстве стран их использование запретили. И сегодня, если речь идет о косметике со стволовыми клетками, имеются в виду так называемые растительные (фитостволовые, ростковые) клетки.

Откуда берутся фитостволовые клетки?

Термин «терапия стволовыми клетками растений» впервые был использован в 1970 году французским врачом Домиником Ришаром. Этот метод лечения также известен в США и Европе как фитоэмбриотерапия. Но вообще-то клетки растений, которые используются в косметических средствах, правильнее называть не стволовыми, а меристемными .

Об уникальной способности растений восстанавливать себя из мельчайших фрагментов известно давно. Но только во второй половине прошлого века выяснилось, что это возможно благодаря клеткам, которые содержатся в особой ткани растений - меристеме, сосредоточенной в почках, молодых корешках и проростках. Меристемные клетки и есть стволовые, то есть клетки-предшественники других, богатые пептидами, факторами роста, аминокислотами, антиоксидантами. Из них формируются ткани растений, от них зависит рост стеблей и корней и восстановление повреждений. Не удивительно, что чудо-клетки оказались в числе высокоактивных косметических компонентов!

Как «добывают» растительные стволовые клетки?

Обычно в косметику попадает не вся стволовая клетка, а только ее активные вещества. Чаще всего для этого используют биотехнологический способ. На кусочке растительной ткани делается надрез, клетки в его месте начинают активно делиться, образуя клеточную массу, обладающую всеми свойствами стволовых клеток. Ее помещают в жидкую среду с питательными веществами, а затем выделяют нужные компоненты, очищают их и стабилизируют. Такой процесс позволяет четко просчитать количество активных веществ и действие косметики.

Алиса Алая

Между эпидермисом и дермой есть так называемая базальная мембрана. Проникнуть через нее могут только гормоны и лекарственные вещества, но никак не косметика. Любые косметические средства, в том числе с ростковыми клетками, работают исключительно поверхностно, запуская процессы в дерме путем передачи информации через клетки-рецепторы. Растительные стволовые клетки - активные биостимуляторы клеток кожи. Благодаря факторам роста они способствуют улучшению тургора, исчезновению мелких и уменьшению крупных морщин.

Какого эффекта ждать от клеточной косметики?

Эдельвейс, женьшень, гардения, гинкго билоба, красный виноград, роза - вот лишь самые популярные из растений, стволовые клетки которых активно используются в косметике anti-age. Причем фитостволовые клетки способны влиять сразу на несколько причин старения кожи. Клетки с антиокислительными свойствами прерывают цепные реакции свободных радикалов, защищая клетки кожи от разрушения. Другие регулируют выведение токсинов, третьи - нормализуют процесс деления клеток и защищают ДНК… Чаще всего в одном косметическом средстве используются стволовые клетки одного-двух растений, но встречаются и рекордсмены, обогащенные пятью-шестью подобными экстрактами. Существует и нутрикосметика (например, на основе растительных стволовых клеток томата делается напиток Lifeade Beauty от Unhwa).

Опасны ли растительные стволовые клетки?

Ответ на этот вопрос однозначен: в данном случае нет. Косметика с ними не вызывает привыкания (впрочем, как и любая косметика), ей не запрещается пользоваться в период беременности. В отличие от клеток животного происхождения, растительные клетки не несут столь мощную информацию и не оказывают на человека такого серьезного и глобального воздействия, не вмешиваются в генный аппарат.

В наши дни получила широкое распространение методика пересадки стволовых клеток с целью лечения серьезных патологий. В частности, незрелые гемопоэтические клетки используются для восстановления кроветворной функции у пациентов с лейкозом и лимфомами. Первая успешная трансплантация была осуществлена еще в 1988 году. Ребенку, страдающему анемией, были введены клетки, взятые из пуповинной крови, и это позволило добиться полного исцеления.

Стволовые клетки – это незрелые клетки, которые обладают способностью к самообновлению, а также дифференциации. Суть самообновления заключается в том, что после митотического деления данные клетки сохраняют свой фенотип, т. е. дифференцировки не происходит. Дифференциация - это трансформация в специфические клетки самых разных тканей и органов.

Стволовые клетки характеризуются удивительной способностью к асимметричному делению, после которого одна из новых клеток остается стволовой, а другая становится дифференцированной.

Обратите внимание: развитие организма начинается с одной стволовой клетки – зиготы. В ходе многократного деления и дифференциации формируются все остальные типы клеток, характерные для конкретного биологического вида. В частности, у человека и приматов насчитывается более 220 типов клеток.

Стволовые клетки являются универсальным «строительным материалом» для тканей организма. Они содержат всю генетическую информацию. Благодаря незрелым клеточным элементам в организме осуществляются процессы регенерации. По мере старения количество недифференцированных клеток неуклонно снижается. Если у плода (эмбриона) имеется 1 стволовая клетка на каждые 10 тысяч дифференцированных, то к 60 годам соотношение многократно меняется, падая до 1 к 8 миллионам. Именно по этой причине поврежденные ткани значительно медленнее регенерируют у пожилых пациентов.

Обратите внимание: для сохранения такого уникального биологического материала, как кровь из пуповины, в ряде государств созданы специальные банки. Результаты многолетних исследований позволяют предполагать, что уже в скором времени универсальные незрелые клетки помогут справиться с тяжелейшими патологиями, которые сейчас не лечатся ни медикаментозно, ни хирургически.

Важно: лучшим источником для получения стволовых клеток служит кровь, полученная из пуповины сразу после появления ребенка на свет. Данные клетки также присутствуют в плаценте и эмбриональных тканях. У взрослого человека такие клеточные элементы есть в костном мозге.

К настоящему моменту времени исследователям удалось выделить следующие виды стволовых клеток:

• гемопоэтические;
• эндотелиальные;
• нервные;
• стволовые клетки миокарда;
• кожные;
• мезенхимные;
• мышечные;
• клетки кишечника;
• эмбриональные.

Очень большое количество незрелых клеток можно получить из крови, взятой из пупочной вены. Уникальный биоматериал сохраняется в специальном банке при температуре -196 °C (в жидком азоте). Он может быть использован при необходимости восстановления практически всех вдов тканей человеческого организма. Банки заключают с родственниками родившегося ребенка договор о хранении биодепозита в течение 18-20 лет. Все это время материал сохраняет полную активность.

Обратите внимание: в плаценте недифференцированных клеток на порядок больше, чем в пуповинной крови. Однако для хранения биологического материала такого рода требуются особые условия, что связано с огромными материальными затратами.

Гемопоэтические клетки из пуповинной крови, имеют следующие преимущества:

• материал получают легко и совершенно безболезненно;
• биоматериал инфекционно безопасен;
• трансплантация возможна в любое время;
• клетки подходят для пересадки близким родственникам (идеальная биологическая совместимость);
• возможна трансплантация другим пациентам (при условии отсутствия конфликта по антигенам).

Важно: применение данного биологического материала, равно как и его утилизация не приводят к возникновению проблем этического и юридического характера.

Источником стволовых клеток у взрослого человека служит красный костный мозг. Стромальные элементы получают посредством пункции. В специальной лаборатории из них выращивают целые колонии, которые затем трансплантируют пациенту. Попав в организм, они мигрируют в зону поражения, где заменяют погибшие высокодифференцированные элементы.

Важно: стволовые клетки у взрослых характеризуются относительно низкой функциональной активностью, если сравнивать их с эмбриональным материалом. К тому же, стромальные клетки можно трансплантировать только самому человеку, из костного мозга которого они получены; в противном случае практически неизбежно развивается реакция отторжения.

НСК обнаружены в отдельных участках головного мозга еще созревающего или уже окончательно сформировавшегося организма. Они характеризуются высокой способностью к трансформации в другие клетки и могут культивироваться в лабораторных условиях. Однако для лечения они в настоящий момент времени не используются. Для их получения необходимо разрушение мозга, поэтому об аутотрансплантации речь идти не может. В настоящее время изучается возможность использования тканей реципиента, но это может быть связано с этическими проблемами.

Уникальные стволовые клетки, которые обладают способностью к трансформации в кардиомиоциты, были обнаружены в конце прошлого столетия. Лечение человека с их помощью пока невозможно, поскольку для получения материала требуется разрушение миокарда, а возможность использования клеток реципиента только изучается.

Клетки кожи

Данную разновидность стволовых клеток получают из кожи эмбриона или уже взрослого человека. Такой биологический материал уже успешно применяется в специализированных центрах для лечения больных с обширными ожоговыми поражениями.

Мезенхимные стволовые клетки берут из костномозговой стромы. Они также обнаружены в крови, полученной из пуповины. Лечение посредством трансплантации МСК считается очень перспективным. Материал может быть получен от самого пациента; культивирование осуществляется в лабораторных условиях на питательных средах. После пересадки эти клетки превращаются в элементы различных тканей и органов. При необходимости материал замораживают и хранят в течение продолжительного времени. Несомненным достоинством лечения с помощью мезенхимных клеток является отсутствие осложнений в виде развития злокачественных новообразований. Минусом данной методики можно считать только необходимость строгого инфекционного контроля.

Источником материала являются ткани поперечнополосатой мускулатуры. Данные элементы обладают способностью к превращению в нервные, и жировые клетки, а также в хондроциты и миоциты. Установлено, что они представляют собой отдельную популяциею мезенхимных клеток, следовательно могут быть получены из пуповинной крови или собственного костного мозга пациента.

Клетки из абортивного материала

Так называемые фетальные клетки выделяют из абортивного материала при искусственном прерывании беременности на сроке от 9 до 12 недель. Использование этого источника связано со множеством технических проблем, не говоря уже об этической стороне вопроса.

Основные недостатки методики лечения эмбриональными стволовыми клетками:

• высокий риск отторжения при пересадке материала;
• наличие риска и заражения другими заболеваниями инфекционного генеза;
• юридические проблемы.

Источником ЭСК является материал зародыша, взятый на первой неделе внутриутробного развития.

Достоинства эмбриональных стволовых клеток:

• способность к трансформации в самые разнообразные клетки;
• минимальная вероятность отторжения культур.

К числу недостатков относятся:

• наличие риска появления доброкачественных новообразований;
• этические проблемы;
• юридические препятствия.

Важно: в РФ применение ЭСК сейчас запрещено приказом Минздрава РФ. Использование данного биологического материала расценивается противниками методики как посягательство на жизнь еще не рожденного ребенка.

К настоящему времени в разных странах уже осуществлены десятки тысяч удачных пересадок пациентам различных возрастов.
Трансплантация культур стволовых клеток признана весьма эффективной методикой лечения последствий травм голвного и спинного мозга, обширных ожогов, инсультов и инфарктов. Клеточная терапия позволяет вылечить ребенка, страдающего серьезной патологией крови.

Обратите внимание: сейчас 75% больных, остро нуждающихся трансплантации органов, погибают, не дождавшись своей очереди на пересадку. Ученые полагают, что клеточная терапия уже в недалеком будущем даст им шанс на излечение.

Пересадка стволовых клеток эффективна при лечении следующих патологий:

• иммунодефицитные состояния;
• резистентный ювенильный артрит;
• лейкемия;
• неходжкинская лимфома;
• анемия Фанкони;
• талассемия;
• идиопатическая апластическая анемия;
• амегакариоцитарная тромбоцитопения;
• коллагенозы;
• миелодиспластический синдром;
• нейробластома.

Введение стволовых клеток способствует восстановлению и улучшению состояния кожных покровов.

Важно: пациентам, которые хотят пройти курс омолаживающих процедур с применением стволовых клеток, рекомендуется пользоваться только услугами хорошо зарекомендовавших себя косметологических центров. На рынке появилось огромное количество поддельных препаратов, которые могут нанести непоправимый вред здоровью. Уже известны случаи гибели пациентов вследствие развившихся после процедур онкологических заболеваний.

Косметические проблемы, которые можно устранить посредством клеточной терапии:

• рубцы на коже;
• морщины;
• следы от химических ожогов;
• последствия лазеротерапии.

Обратите внимание: мезотерапия с введением препаратов, содержащих культуры стволовых клеток дает возможность значительно улучшить тонус кожных покровов и способствует росту здоровых волос и ногтей.

На курс лечения требуется введение 100 миллионов недифференцированных клеток. Стоимость курсовой терапии составляет около 300 тысяч рублей, что обусловлено техническими сложностями при культивировании материала для трансплантации.

Сеанс мезотерапии в косметологическом центре обходится гораздо дешевле (в среднем - порядка 20 тыс. рублей), но для достижения заметного и стойкого эффекта требуется от 5 до 10 процедур, поэтому их общая стоимость вполне сопоставима со стоимостью лечения серьезного заболевания.

Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.

Человеческий организм начинает развиваться из одной клетки (см. Клеточная теория) — одной оплодотворенной клетки, называемой зиготой . ДНК, содержащаяся в этой клетке, будет воспроизведена во всех клетках взрослого организма. Но по мере созревания особи в клеточной ДНК происходят изменения. Вначале «включены» все гены, находящиеся внутри зиготы: генетики скажут, что все гены могут экспрессироваться — другими словами, они могут работать. Однако по мере взросления особи клетки приобретают специализацию, для этого требуется выключить те или иные гены, отменив, таким образом, их экспрессию. Например, в каждой клетке вашего тела находятся гены, ответственные за выработку инсулина, однако инсулин синтезируют только клетки поджелудочной железы. В остальных клетках организма (например, клетках кожи, нервных клетках головного мозга) ген инсулина отключен.

То же самое происходит во всех клетках вашего организма — при развитии человека, которым управляют еще непознанные нами процессы, специализированные клетки возникают вследствие отключения всех за небольшим исключением генов клеточной ДНК, и специализация определяется участками ДНК, которые остались включенными. После того как «щелкнет выключатель», судьба клеток определена навечно — мышечные клетки при делении будут производить только мышечные клетки, кожные клетки — только клетки кожи и т. д. Такая особенность развития имеет грандиозные последствия для здоровья человека: мышечные клетки, погибшие при сердечном приступе, не могут быть замещены другими клетками; ничем нельзя заменить и клетки мозга, синтезирующие допамин, если они будут уничтожены болезнью Паркинсона; перерезанные клетки спинного мозга также не восстанавливаются. Очень многие людские страдания вызваны неспособностью организма замещать специализированные клетки.

После того как зигота начнет делиться, формируя эмбрион, клетки некоторое время сохраняют способность развиваться в ткань любого типа. Клетки, которые могут развиться в любую клетку организма, называются эмбриональными стволовыми клетками . В конце 1990-х годов ученые научились выделять такие клетки и сколь угодно долго поддерживать их в культуре. Это достижение открывает поразительные перспективы перед человечеством, поскольку теперь мы можем создавать в лаборатории новые клетки, а возможно, и новые органы.

Ученые могут использовать технологии стволовых клеток совместно с технологиями клонирования для того, чтобы выделять ДНК из клетки взрослого организма, помещать ее в яйцеклетку человека и получать при этом эмбриональные стволовые клетки, содержащие ДНК взрослой особи. Это позволит выращивать органы для замены ими поврежденных, не беспокоясь об отторжении имплантированной ткани организмом-реципиентом.

Недавно обнаружено, что некоторые клетки взрослого организма, по-видимому, хотя бы отчасти обладают способностью порождать стволовые клетки, характерные для эмбриона. Если такое действительно возможно, удастся устранить одно из этических препятствий на пути к использованию эмбриональных стволовых клеток — нам не придется разрушать эмбрион человека, чтобы получить эти клетки.

Ученые всего мира называют XXI век – веком биомедицины. И это вполне объяснимо, ведь данная область медицины развивается с невероятной скоростью. Недаром же в последние годы за открытия в области клеточных технологий ученые получили 7 Нобелевских премий! И это далеко не предел, ведь перспективы лечения стволовыми клетками на сегодняшний день выглядят абсолютно безграничными! Но, обо всем по порядку.

Историческая справка

Стволовые клетки открыл русский ученый Александр Максимов в далеком 1909 году. Именно он и стал основателем регенерационной медицины. Однако первую операцию по трансплантации таких клеток провели гораздо позже, в 70-х годах прошлого века. И пусть ученые до сих пор спорят о безопасности использования стволовых клеток, к началу XXI века в мире было проведено 1200 операций по трансплантации стволовых клеток, взятых из пуповины. В России к таким методам лечения долгое время относились настороженно, а потому первая разрешенная операция была проведена лишь в 2010 году. Сегодня в нашей стране действует несколько клиник, предлагающих данный метод для лечения самых разных заболеваний.

Что такое стволовые клетки и зачем они нужны

Стволовые клетки – это незрелые (недифференцированные) клетки, присутствующие у всех многоклеточных организмов. Особенностью таких клеток является их уникальная способность делиться, образуя новые стволовые клетки, а также дифференцироваться, то есть превращаться в клетки определенных органов и тканей. По сути, стволовые клетки – это своеобразный резервный запас нашего организма, благодаря которому осуществляется процесс клеточного обновления.

Использование стволовых клеток в лечении заболеваний – настоящий прорыв в современной медицине. Сегодня имеются достоверные данные о том, что благодаря стволовым клеткам можно лечить рак, атеросклероз, инсульт, инфаркт миокарда, аутоиммунные и аллергические заболевания, диабет и эндокринные нарушения, травмы позвоночника и мозга. Стволовые клетки улучшают состояние кожи, костей и хрящевой ткани, укрепляют иммунитет и усиливают потенцию. Более того, на сегодняшний день имеется положительная практика лечения болезни Альцгеймера и Паркинсона при помощи этих биологических веществ!

Причем, стволовые клетки позволяют раз и навсегда избавиться от тяжелого недуга, что гораздо дешевле, чем из года в год пытаться лечить болезнь медицинскими препаратами. И этот факт давно подтвержден пациентами, которые при помощи данного метода избавились от ревматоидного артрита и бронхиальной астмы.

Более того, при помощи этих биологических веществ на сегодняшний день можно успешно лечить бесплодие. Специалисты создают клетки, которые временно подавляют иммунную функцию женщины, в результате чего организм не отторгает плод. По статистике, каждая вторая женщина, решившаяся на такой способ борьбы с бесплодием, забеременела и родила прекрасного малыша. Как видите, область применения этих удивительных клеток кажется просто безграничной!

Суть лечения

Безусловно, клеточная терапия – это не панацея от всех недугов. Лечение такими клетками имеет ряд противопоказаний и не может применяться без взвешенного подхода.

В чем же суть данного метода? Оказывается, чудо-клетки обладают двумя важнейшими функциями – они делятся сами и активизируют размножение других клеток организма. Смысл лечения в том, что при попадании в болезненный орган, клетки запускают работу иммунной системы и выделяют биоактивные вещества, которые активизируют к обновлению собственные стволовые клетки пораженного органа. В результате замены старых клеток на новые и происходит процесс регенерации, благодаря которому орган постепенно восстанавливается.

Разновидности стволовых клеток

Медицине известны несколько типов чудо-клеток. Это фетальные, эмбриональные, постнатальные и множество других незрелых клеток. Для лечения чаще всего применяются гемопоэтические (ГСК) и мезенхимальные клетки (МСК), которые добываются из костного мозга, включая тазовые кости, ребра, а также жировые ткани и некоторые другие ткани, имеющие хорошее кровоснабжение. Выбор в пользу этих клеток сделан неспроста. По уверению ученых, лечение гемопоэтическими и мезенхимальными клетками высокоэффективно и безопасно, а значит, исключена вероятность того, что они мутируют и спровоцируют развитие опухоли, что вполне возможно при внедрении фетальных либо эмбриональных клеток.

А ведь не секрет, с возрастом количество стволовых клеток в организме человека становится все меньше. К примеру, если у эмбриона насчитывается одна клетка на 10 тыс. обычных, то у 70-летнего человека – одна клетка на 7-8 млн. Таким образом, в кровь взрослого человека ежедневно выделяется всего 30 тыс. мезенхимальных клеток. Этого хватает лишь для устранения мелких нарушений, но совершенно недостаточно для того, чтобы защитить от тяжелых недугов или затормозить процесс старения.

Однако лечение стволовыми клетками позволяет добиться невозможного. По мнению современных ученых, при введении стволовых клеток в организм создается необходимый «регенеративный фонд», благодаря которому человек поправляется и избавляется от болезней. Подобное использование стволовых клеток медиками очень напоминает заправку автомобиля топливом. Врачи просто вводят в вену стволовые клетки будто «заправляют» организм качественным топливом, благодаря чему человек избавляется от болезней и живет дольше!

В среднем, лечение заболеваний подразумевает введение в кровь около 1 млн. клеток на 1 кг веса. Чтобы бороться с тяжелыми патологиями больному следует вводить 2-3 млн. стволовых клеток на каждый 1 кг веса. По мнению медиков это естественный механизм лечения болезней, которые станет основным методом терапии практически всех патологий в самом ближайшем будущем.

Мифы и реальность

Несмотря на успехи, которых на сегодняшний день добились специалисты биомедицины, недоверие к такому методу лечения заболеваний по-прежнему велико. Возможно виной тому периодически возникающая в СМИ информация об известных личностях, чьи попытки лечения или омоложения организма закончились печально. Врачи частных клиник, имеющие лицензию на лечение такими клетками, относят эти информационные вбросы к «дутым сенсациям», резонно замечая, что в сообщениях нет информации о методе лечения и типе применяемых клеток. Эксперты научных госучреждений решительно отказываются комментировать такие слухи. Возможно, именно из-за отсутствия полной информации общество и раздирают сомнения по поводу безопасности подобного лечения.

Тем не менее, людей, согласившихся на терапию стволовыми клетками, и сегодня называют «подопытными кроликами». По словам главврача одной из клиник, проводящих подобное лечение, Юрия Хейфеца: «Говорить о наших пациентах как о подопытных кроликах, просто некорректно. Мне известно об имевшихся случаях аллергии на данный материал, но аллергию вызывали не клетки, а питательная среда, попавшая в клеточную культуру. Но я не слышал ни об одном случае летального исхода после введения таких клеток!».

Поддерживает специалиста и доктор медицинских наук профессор Александр Тепляшин. По словам ученого: «В Европе и США уже начали осознавать всю пользу и эффективность, которую несут в себе стволовые клетки. Именно поэтому наши специалисты, которые давно занимаются лечением стволовыми клетками, чрезвычайно востребованы в этих странах. У нас же по-прежнему наблюдается недоверие к данному методу лечения, и это очень огорчает».

Ученые обращают внимание на тот факт, что еще не утихли споры относительно пользы и вреда антибиотиков, однако известно, с какой катастрофой столкнулось бы человечество, не будь этих лекарственных средств. То же происходит и со стволовыми клетками. Вместе с тем специалисты замечают, что отнюдь не все стволовые клетки годятся для терапии.

Цена вопроса

Еще один вопрос не дает покоя обывателям. Вроде бы лечение клетками ведется уже давно, досконально изучена технология, как грибы растут новые клиники, проводящие лечение стволовыми клетками. Почему же терапия остается такой дорогой?

Специалисты отвечают, что выращивание стволовых клеток – процесс долговременный и довольно затратный. К тому же государство не финансирует такие проекты, из-за чего они развиваются гораздо медленнее.

Правда и в этом процессе наблюдаются подвижки. Сегодня и в России имеются клеточные препараты, стоимость которых приравнивается к стоимости традиционного лечения. Например, средство для борьбы с артрозом стоит не дороже геля, предназначенного для введения в больной сустав. При этом препарат позволяет лечить сустав, в то время как гель борется лишь с болевым синдромом. Тем не менее, все компоненты для выращивания стволовых клеток в нашей стране на сегодняшний день закупаются в США.

Если предметно говорить о стоимости лечения, то данные различных источников во многом разнятся. К примеру, по информации «Московского Комсомольца» терапия стволовыми клетками в России на сегодняшний день колеблется в пределах 10 000–12 000$.

В то же время на сайте московской клиники «Новейшая медицина» говорится о том, что полная стоимость клеточной терапии или курса ревитализации обойдется в 30 000–32 000$.

В то же время ряд компаний, занимающихся организацией лечения стволовыми клетками в Германии, приводит данные, согласно которым полный курс лечения обойдется пациенту в 9 000–15 000$.

Ученые установили связь между стресс-индуцируемым гемопоэзом, возникновением повреждений ДНК в стволовых клетках крови, истощением их запаса и нарушениями в их функционировании. Оказывается, если в организме постоянно возникают инфекции или травмы, то постепенно в ДНК стволовых клеток крови накапливаются повреждения. Они приводят к истощению запасов стволовых клеток и, следовательно, к «старению» кроветворной системы. А в случае, если в системах репарации повреждений ДНК есть дефекты (как, например, при редком заболевании - анемии Фанкони), то истощение запаса стволовых клеток наступает гораздо быстрее.

Существует много разновидностей клеток крови (рис. 1). Каждый вид выполняет важные функции, но живут клетки крови сравнительно недолго: например, эритроциты живут около 120 дней, а лейкоциты - до нескольких месяцев. Для того чтобы постоянно пополнять запас выбывающих из строя бойцов, нужны кроветворные (их называют еще гемопоэтическими ) стволовые клетки (ГСК ). Популяция ГСК достаточно разнородна: клетки могут находиться на разных стадиях дифференцировки, то есть быть разной степени зрелости, могут обладать разным временем жизни, разной - краткосрочной и долгосрочной - регенеративной активностью, разными профилями экспрессии генов и разными эпигенетическими программами дальнейшей дифференцировки. В связи с этим среди стволовых кроветворных клеток особенно выделяют тип клеток с долгосрочной регенеративной активностью (ДР-ГСК ), то есть способных воспроизводить популяцию клеток крови на протяжении всей жизни организма .

Рисунок 1. Разнообразие клеток крови и их происхождение от общего предшественника - гемопоэтической стволовой клетки. Из нее образуются более зрелые, но всё еще способные к дифференцировке миелоидные и лимфоидные предшественники. Миелоидные клетки, постепенно дифференцируясь, дают начало тромбоцитам , эритроцитам, моноцитам (а с ними - макрофагам и миелоидным дендритным клеткам), эозинофилам, нейтрофилам, базофилам. Лимфоидные клетки порождают естественных киллеров, Т-клетки, В-клетки и плазмоцитоидные дендритные клетки. Рисунок с сайта .

Рисунок 2. Обнаружение двунитевых разрывов в активированных ДР-ГСК. Вверху - неповрежденное ядро контрольной клетки, не прошедшей стресс-индуцируемую активацию. Внизу - ядро активированной клетки, окруженное «хвостом» из кусочков поврежденной ДНК. Рисунок из .

В норме ГСК, как ценное сокровище, спрятаны в костном мозге, внутри твердых костей. Они покоятся в особых нишах, в нежной соединительной ткани, богатой сосудами . Такая серьезная защищенность ГСК от воздействия внешних факторов неслучайна: спонтанное повреждение ДНК этих клеток может привести к онкологическим заболеваниям или попросту к истощению запаса клеток крови - постепенному старению кроветворной системы и даже острому дефициту клеток (цитопении).

Немецкие исследователи под руководством Майкла Мильсома и их коллеги из Швейцарии, Австралии и США выяснили, что повреждение ДНК гемопоэтических стволовых клеток крови случается во время активной стимуляции этих клеток к выходу из состояния покоя . Активация ДР-ГСК может стимулироваться спектром вырабатывающихся организмом веществ, которые напрямую не приводят к повреждению ДНК: интерферонами , гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором , тромбопоэтином . Толчком к активации ДР-ГСК может стать и острая потеря крови. В своих экспериментах ученые имитировали заражение организма вирусной инфекцией, вводя мышам смесь полиинозиновых-полицитидиновых кислот для стимуляции выброса интерферонов: ведь известно, что интерфероны выделяются клетками организма именно в ответ на вторжение вируса. Затем ДР-ГСК извлекали, помещали в агарозный гель, лизировали и проводили электрофорез (такое исследование называется «метод ДНК-комет »). Отрицательно заряженная ДНК при приложении напряжения направляется к положительно заряженному электроду. Если ДНК повреждена, ее кусочки отрываются от ядра и под действием электрического тока образуют в геле так называемый «хвост кометы» (рис. 2). Именно так ученые обнаружили множество одно- и двунитевых разрывов ДНК в извлеченных стволовых клетках. О повреждениях ДНК свидетельствовало также появление в ДР-ГСК промежуточных белков и модификаций гистонов , необходимых для процесса репарации ДНК , то есть починки ее поломок.

Пожалуй, один из самых неприятных результатов разрывов ДНК - это последующая ковалентная сшивка двух ее цепей . РНК-полимераза во время транскрипции и ДНК-полимераза во время репликации не могут преодолеть такие структуры, а для их репарации необходима так называемая система репарации анемии Фанкони .

Большинство типов репарации ДНК не обходится без участия белков системы репарации Фанкони. Однако если часть репарационного пути вышла из строя, то починка повреждений осуществляется с помощью других систем репарации. И только ковалентные сшивки между цепями ДНК не поддаются починке в отсутствие белков системы репарации Фанкони .

Рисунок 3. Белки репарационного пути Фанкони и их участие в репарации повреждений ДНК. Киназа ATR активирует белки репарации FANCI, FANCD2, FANCA и, возможно, FANCG. Ферменты USP1 и UAF1 удаляют убиквитин с белков FANCD2 и FANCI, подавляя репарацию. Деградация белка FANCM происходит после его фосфорилирования в период митоза с помощью киназы Plk1 и последующего убиквитинилирования . FANCE деградирует после фосфорилирования киназой Chk1. Рисунок из .

И действительно, ученые заметили повышенный уровень экспрессии генов FANС и обнаружили скопления этих белков в клетках ДР-ГСК во время их стресс-индуцируемой активации. Кроме того, у мышей, которым была внесена делеция в ген белка FANCA (Fanca −/− ) и, соответственно, нарушения структуры ДНК не могли быть ликвидированы, количество повреждений было существенно выше, чем в клетках животных с нормальной системой репарации.

На самом деле причина возникновения повреждений ДНК при стрессовой активации ДР-ГСК точно не известна. Зато известно, что одной из причин возникновения ковалентных сшивок двух соседних нуклеотидов в ДНК являются активные формы кислорода . Свободные радикалы, которые образуются в митохондриях , способны «сшивать» структурные единицы белков, жиров и ДНК . Существует даже теория, в рамках которой считается, что активные формы кислорода именно за счет внесения сшивок в молекулы провоцируют образование морщин и другие формы старения организма . Так или иначе, ученые обнаружили, что в активно пролиферирующих ДР-ГСК митохондриальный мембранный потенциал повышается по сравнению с клетками в состоянии покоя, а это может приводить к значительному увеличению количества активных форм кислорода.

При активации ДР-ГСК с поврежденной системой репарации не в живом организме, а в чашке Петри, ученые наблюдали быструю гибель уже второго поколения стволовых клеток. Также выяснилось, что если активация ДР-ГСК клеток происходит неоднократно, то почти у 80% мышей Fanca −/− наступает апластическая анемия , в то время как у мышей с нормальной системой репарации заболевание не возникает. Таким образом, без действующей системы репарации запасы ДР-ГСК костного мозга истощаются. Более того, ДР-ГСК здоровых мышей после стимуляции их делений имели сниженную способность к трансплантации и производили неполноценные миелоидные клетки в организме мышей-реципиентов.

В результате, ученые предложили следующую модель (рис. 3). Когда ДР-ГСК находятся в состоянии покоя и делятся редко, их энергетические запросы невелики. Поэтому митохондрии работают в обычном режиме, и образования активных форм кислорода не происходит. При инфекционных заболеваниях или потере крови пул клеток крови пополняется за счет активации ДР-ГСК. В этот момент в клетках усиливаются окислительные процессы, образуются свободные радикалы, которые могут приводить к повреждениям ДНК . Сама ДНК в этот период тоже находится в уязвимом состоянии из-за активных процессов репликации (удвоения ДНК, предшествующего делению клетки). Если репарация повреждений ДНК неэффективна, то клетки погибают. Или выживают, но несут мутации. В здоровом организме каждый раунд стресс-индуцируемой активации приводит к гибели/старению/накоплению мутаций в небольшом количестве ДР-ГСК. Однако на протяжении всей жизни подобная активация клеток случается многократно. Это может привести к тому, что запас ДР-ГСК истощится, и они больше не смогут эффективно производить новые клетки крови. А если системы репарации работают плохо (речь идет в основном о белках Фанкони), то пул ДР-ГСК истощается стремительно, что ведет к старению кроветворной системы и ее неспособности выполнять свои функции.