Стволовые клетки Дюсембекова Дамира БГ-32. Термин Маленькая популяция относительно недифференцированных пролиферирующих клеток, которые при делении одновременно. - презентация

1 Стволовые клетки Дюсембекова Дамира БГ-32

2 Термин Маленькая популяция относительно недифференцированных пролиферирующих клеток, которые при делении одновременно поддерживают размер своей популяции и продуцируют потомков, вступающих в транзиторный компартимент, в котором они делятся, созревают и превращаются в специализированные типы клеток, необходимые данной ткани.

3 История Родоначальником термина «стволовые клетки» является русский ученый-гистолог А.А. Максимов. Термин был предложен им еще в 1908 году. Название понадобилось для обозначения и объяснения процесса самообновления клеток крови. Со своей теорией Максимов выступил на съезде гематологов в Берлине.

4 1965 -Джозеф Альтман и Гопал Д. Дас представили научное доказательство нейрогенеза во взрослом организме, постоянной активности стволовых клеток мозга Доказана возможность восстановления кроветворения у реципиента после трансплантации костного мозга Фриденштейн Александр Яковлевич выделил из костного мозга морских свинок, успешно культивировал и описал фибробластоподобные клетки, получившие в последующем название «мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки» В пуповинной крови обнаружены гемопоэтические стволовые клетки Элиан Глюкман провела первую успешную трансплантацию ГСК пуповинной крови пациенту, больному анемией Фанкони. Э. Глюкман доказала, что применение пуповинной крови эффективно и безопасно. С тех пор пуповинная кровь широко применяется в трансплантологии. Фриденштейн Александр Яковлевич

5 1992 -Нейральные стволовые клетки получены in vitro. Разработаны протоколы их культивирования в виде нейросфер Джеймс Томсон и его сотрудники из Висконсинского университета в Мадисоне вывели первую линию человеческих ЭСК Журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и проекта «Геном человека» Вышел ряд статей о пластичности стволовых клеток зрелого организма, то есть их способности дифференцироваться в клеточные компоненты различных тканей и органов.

6 2003 -Журнал Национальной Академии Наук США (PNAS USA) опубликовал сообщение о том, что через 15 лет хранения в жидком азоте стволовые клетки пуповинной крови полностью сохраняют свои биологические свойства Журнал Cell публикует исследование Кадзутоси Такахаси и Синъя Яманака, посвящённое способу возвращения дифференцированных клеток в плюрипотентное состояние В журнале Cell опубликовано исследование Катсутоши Такагаши и Шинья Яманака «Индукция плюрипотентных стволовых клеток из фибробластов зрелого человека при определённых факторах», а в журнале Science вышла статья «Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, выведенные из соматических клеток человека» Джунинга Ю, в соавторстве с другими учёными из исследовательской группы Джеймса Томсона. Было доказано, что возможно индуцировать практически любую зрелую клетку человека и придать ей свойства стволовой, вследствие чего необходимость разрушения эмбрионов в лаборатории отпала, хотя предстоит определить риски канцерогенеза в связи с геном Мус и ретровирусным переносом генов.

7 2012 -Группа японских исследователей во главе с профессором Митинори Сайто из Университета Киото впервые в истории науки смогли вырастить яйцеклетки из стволовых клеток, оплодотворить их и добиться рождения здорового потомства у лабораторных мышей. 5 октября в электронном выпуске научного журнала «Сайенс» они высказали предположение, что результаты их исследований внесут вклад в решение проблемы бесплодия Группа Центра исследования и применения стволовых клеток Университета Киото вырастила из стволовых клеток ткани почек, надпочечников и половые клетки: были получены пять типов клеток почек, а также выращен фрагмент почечного канальца, участвующего в фильтрации крови. Международная команда исследователей из Америки объявила, что впервые в истории им удалось создать новые стволовые клетки человека путем клонирования полноценных клеток организма.

8 Эмбриональные стволовые клетки

9 Деление стволовых клеток Стволовые клетки обладают уникальной способностью одновременно поддерживать собственную популяцию и давать начало клеткам, встающим на путь дифференцировки (например, будущим нейронам, мышечным клеткам или сперматозоидам). Это достигается путем асимметричного деления, в результате которого одна из дочерних клеток сохраняет все свойства материнской, то есть стволовой клетки, а другая начинает специализироваться. Асимметричное деление стволовой клетки - наиболее фундаментальное требование для развития многоклеточных организмов. Клетки, составляющие последний, происходят из единичной клетки, зиготы. Зигота развивается в многоклеточный организм через серию асимметричных делений клеток. Не удивительно, что механизм для асимметричного деления клеток хорошо сохранен в эволюционном развитии.

10 Асимметричное распределение старых и новых молекул гистона H3 в двух клетках, образовавшихся в результате деления стволовой клетки GSC (обведены пунктиром). Одна из этих клеток (верхняя) останется стволовой; в ней преобладают старые молекулы H3 (помечены зеленым флуоресцирующим белком, GFP). Другая (нижняя) встала на путь дифференцировки; в ней преобладают новые молекулы H3 (красные, mKO). Звездочкой отмечена клетка HUB, к которой прикреплены клетки GSC. Стрелкой отмечена спектросома структура, соединяющая две клетки, образовавшиеся в результате асимметричного деления GSC.

11

12 Плюрипотентность ЭСК важное приобретение многоклеточной жизни на пути эволюции. При формировании зародыша на стадии эпибласта для синхронной закладки органов требуется критическое число плюрипотентных клеток. В эпибласте присутствуют все клетки- прародительницы будущих органов, включая половой зачаток, – клеток-прародительниц (founder cells) предопределяют карту будущего зародыша. Они наделены генетической плюрипотентностью, но не способны к неограниченной пролиферации, поскольку окружающая их мезенхима блокирует рост клеток эпибласта. В созревающих яйцеклетках избирательно накапливаются наборы мРНК генов начального развития вплоть до органогенеза. Первые клетки-прародительницы содержат информацию в виде наборов мРНК только от ограниченного числа генов, однако через 45 циклов самообновления они уже переносят информацию от 500 генов. На стадии органогенеза клетки- прародительницы (25120) мигрируют в места будущего расположения органов, где пролиферируют и формируют зачатки этих органов. Несколько десятков исходных клеток через серию метаморфозов превращаются в высокоспециализированную ткань, состоящую из сотен миллионов (нескольких миллиардов) повторяющихся единиц.

13 До сих пор до конца не выяснено, каким образом геном пролиферирующих СК контролирует их плюрипотентность. Предполагается, что существуют специальные белки плюрипотентности, удерживающие особую конструкцию хроматина. Так, белок Oct-4 обеспечивает плюрипотентность незрелых ЭСК, в то время как белки семейства Sox, Hes, Zic, Otx, Xash и Xdbx контролируют плюрипотентность более зрелых прогениторных клеток, появляющихся на более поздних стадиях эмбриогенеза. Благодаря столь универсальной потенции генома ЭСК в культуре формируют клетки трех зародышевых листков, а прогениторные клетки вступают на путь рестрикционного созревания в нейроны, кардиомиоциты и другие типы специализированных клеток. В поддержании плюрипотентности ЭСК мыши и человека участвует также гомеобоксный транскрипционный фактор NANOG. Если ген nanog заблокирован, эмбриональные клетки превращаются в примитивную энтодерму. В отсутствие ростового фактора LIF повышенная активность гена nanog обеспечивает плюрипотентное состояние ЭСК мыши. Подобно гену oct4, в клетках соматических тканей ген nanog не проявляется, за исключением фетального мозга, репродуктивных органов (семенников и яичников) и клеток эмбриональной карциномы. По мере спонтанной дифференцировки ЭСК человека в эмбриоидные тельца активность гена nanog снижается.

14

15 Дифференцировка in vitro In vitro спонтанная дифференцировка ЭСК происходит при длительном культивировании прикрепленных колоний и в суспензии по мере роста эмбриоидных телец, которые до некоторой степени служат моделью ранних событий эмбриогенеза. В случае мышиных ЭСК эмбриоидные тельца получаются агрегированием отдельных клеток или групп клеток в сферические структуры. По мере созревания внутри плотных клеточных шариков появляются полости, и через некоторое время эмбриоидное тельце превращается в сферу. Справа показано иммуногистохимическое окрашивание срезов эмбриоидных телец антителами к клеткам эпителия (красный), мезодермальным клеткам (зеленый), синим окрашены ядра клеток.

16 Постнатальные стволовые клетки Стволовые клетки присутствуют во многих органах и тканях взрослых млекопитающих: в костном мозге, крови, скелетных мышцах, зубной пульпе, печени, коже, желудочно- кишечном тракте, поджелудочной железе. Большинство этих клеток слабо охарактеризованы. По сравнению с ЭСК, стволовые клетки взрослого организма имеют меньшую способность к самоподдержанию, и хотя они дифференцируются во множество клеточных линий, но не обладают мультипотентностью.

17 ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

18

19 Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки Мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты (клетки костной ткани), хондроциты (хрящевые клетки) и адипоциты (жировые клетки), кардиомиоциты, нервная ткань, гепатоциты. Кроме того, они обнаружены в жировой ткани и ряде других тканей с хорошим кровоснабжением. Существует ряд доказательств того, что естественная тканевая ниша ММСК расположена периваскулярно вокруг кровеносных сосудов. Кроме того, ММСК были обнаружены в пульпе молочных зубов, амниотической (околоплодной) жидкости, пуповинной крови и вартоновом студне.

20

21 Тканеспецифичные прогениторные клетки Малодифференцированные клетки, которые располагаются в различных тканях и органах и отвечают за обновление их клеточной популяции, то есть замещают погибшие клетки. К ним, например, относятся миосателлитоциты (предшественники мышечных волокон), клетки- предшественницы лимфо- и миелопоэза. Эти клетки являются олиго- и унипотентными и их главное отличие от других стволовых клеток в том, что клетки-предшественницы могут делиться лишь определённое количество раз, в то время как другие стволовые клетки способны к неограниченному самообновлению.