Аптечка первой помощи нейральных стволовых клеток
Везикулы нейральных стволовых клеток способствуют восстановлению тканей
LifeSciencesToday по материалам University of Cambridge: Stem cells use “first aid kits” to repair damage
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Molecular Cell (Cossetti et al., Extracellular Vesicles from Neural Stem Cells Transfer IFN-gamma via Ifngr1 to Activate Stat1 Signaling in Target Cells), нейральные стволовые клетки – клетки, способные развиться в любой тип нервных клеток, – создают «мини-аптечки» и передают их клеткам-мишеням.
Стволовые клетки открывают широкие возможности в восстановлении пораженных клеток при таких заболеваниях, как рассеянный склероз, инсульт или травмы спинного мозга, так как обладают способностью развиваться практически в любой тип клеток. Новое исследование показывает, что помимо замены пораженных клеток здоровыми стволовые клетки оказывают терапевтический эффект посредством совершенно другого механизма.
Группа исследователей во главе с учеными Кембриджского университета показала, что стволовые клетки «общаются» с клетками путем передачи молекул, используя для этого наполненные жидкостью пузырьки, называемые везикулами. Цель этого взаимодействия – помочь другим клеткам изменить повреждающую их иммунную реакцию.
Хотя ученые давно полагают, что, зондируя сигналы, мигрируя к определенным областям тела и осуществляя сложные реакции, стволовые клетки могут действовать, как лекарства, молекулярный механизм этого процесса продемонстрирован впервые. Его более глубокое понимание поможет найти пути максимального повышения эффективности терапии на основе стволовых клеток.
«Эти крошечные пузырьки в стволовых клетках содержат молекулы, такие как белки и нуклеиновые кислоты, которые стимулируют клетки-мишени и помогают им выжить. Они действуют как «мини-аптечки», – объясняет руководитель исследования доктор Стефано Плучино (Stefano Pluchino) из Института стволовых клеток Кембриджского университета, ассоциированного с Советом по медицинским исследованиям и Wellcome Trust (Wellcome Trust - Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute). «По сути, они отражают, как стволовые клетки реагируют на воспаленную среду, как та, что наблюдается при сложных нейральных травмах и заболеваниях, и передают эту способность клеткам-мишеням. Мы считаем, что это помогает самовосстановлению поврежденных клеток мозга».
При введении в кровь нейральных стволовых клеток (или нейральных клеток-предшественников, НКП) у мышей с повреждением клеток головного мозга – таким, как при рассеянном склерозе, – наблюдается поразительный уровень восстановления. Ученые высказали предположение, что это происходит потому, что НКП секретируют молекулы, управляющие иммунной системой и, в конечном счете, подавляющие повреждение тканей или усиливающие их восстановление.
Идея, что основанная на стволовых клетках терапия работает только путем замены клеток, оспаривается наблюдением постоянного межклеточного молекулярного обмена между трансплантатом и хозяином. Ученые установили механизм клеточного сигналинга, посредством которого нейральные стволовые клетки/нейральные клетки-предшественники (НКП) взаимодействуют с микросредой через экстрацеллюлярные везикулы (extracellular vesicles, EVs), и выяснили его молекулярную сигнатуру и функцию. Они изучили цитокин-регулируемые пути, осуществляющие сортинг белков и мРНК в EVs, и описали индукцию пути интерферона-гамма (IFN-gamma) в НКП, подвергшихся воздействию провоспалительных цитокинов. Они показали, что IFN-gamma, связанный с EVs через рецепторы Ifngr1, активизирует Stat1 в клетках-мишенях. Наконец, они показали, что эндогенный Stat1 и Ifngr1 в клетках-мишенях необходимы для поддержания активности сигналинга Stat1 посредством комплексов EV-ассоциированный IFN-gamma /Ifngr1. Исследование определяет механизм клеточного сигналинга, регулируемого комплексами EV IFN-gamma /Ifngr1, которые перевитые стволовые клетки могут использовать для взаимодействия с иммунной системой организма-хозяина. (Рис. Molecular Cell)
Группа исследователей из Великобритании, Австралии, Италии, Китая и Испании показала, что НКП образуют везикулы, находясь в непосредственной близости от зоны иммунного ответа и особенно в ответ на небольшой белок цитокин интерферон-гамма, секретируемый иммунными клетками. Этот белок обладает способностью управлять как иммунными реакциями, так и внутренними программами восстановления мозга и может изменять функцию клеток, регулируя активность десятков генов.
Полученные исследователями данные показывают, что триггером «включения» высоко специфического пути активации генов в НКП является интерферон-гамма и что этот белок связывается с рецептором на поверхности везикул. Высвобожденные НКП везикулы поглощаются клетками-мишенями. Помимо того что клетки-мишени получают белки и нуклеиновые кислоты, помогающие им в самовосстановлении, они получают и находящийся на поверхности везикул интерферон-гамма, активирующий гены.
Чтобы визуализировать перемещающиеся in vitro между НКП и клетками-мишенями везикулы, исследователи, финансируемые Европейским исследовательским советом (European Research Council) и Итальянским обществом рассеянного склероза РС (Italian MS Society), использовали электронную микроскопию и микроскопию со сверхвысоким разрешением.
Быстрое (2 часа) in vitro поглощение экстрацеллюлярных везикул клетками-мишенями
через плазматическую мембрану. (Фото: CongJian Zhao)
«Наша работа освещает удивительную новую роль секретируемых стволовыми клетками везикул в распространении ответа на окружающую микросреду», – добавляет доктор Плучино. «Это значительный шаг вперед в понимании многих уровней взаимодействия между стволовыми клетками и иммунной системой, а также новый молекулярный механизм, объясняющий, как работает основанная на стволовых клетках терапия».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
22.09.2014