Самоподдержание стволовых клеток. Пролиферативные способности стволовых клеток

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 21.12.2024

Стволовые кроветворные клетки не представляют собой быстро пролиферирующую популяцию с коротким и относительно постоянным временем генерации. Исследования с ядами, избирательно поражающими делящиеся клетки лишь в определенной стадии клеточного цикла, показали, что средства, вызывающие гибель клеток, находящихся в периоде редупликации ДНК (например, 3Н-тимидин высокой удельной активности, оксимочевина и др, почти не влияют на стволовые кроветворные клетки животных со стабильным кроветворением (Dunn, 1971) и поэтому не снижают защитных способностей кроветворных клеток, лишенных синтезирующих ДНК клеток (Haas е. а., 1972).

Отсюда следует, что при равновесном кроветворении подавляющее большинство (видимо, не менее 90%) стволовых клеток находится вне клеточного цикла (период G0) или в длительном периоде G,. Стабильное поддержание величины отдела стволовых клеток обеспечивается небольшой долей пролиферирую-щих клеток. В случае угнетения отдела в покоящихся стволовых клетках быстро индуцируется пролиферация. Так, после трансплантации в облученный организм стволовые клетки через 3—4 дня находятся в фазе экспоненциального роста. В это время величина тимидинового «самоубийства» их составляет до 50—60%.

Так как продолжительность S-периода для стволовых клеток составляет в это время до 70% от общей длительности клеточного цикла (Hodgson е. а., 1975), ясно, что в условиях гемопоэтического стресса пролиферация может индуцироваться во всей популяции сохранившихся стволовых клеток. В связи с этим время удвоения экспоненциально растущей популяции стволовых клеток оказывается очень коротким, порядка 15—20 час. Возникает вопрос, не исчерпывают ли стволовые клетки в процессе пролиферации способности к самоподдержанию.

Иными словами, это вопрос о том, имеют ли стволовые клетки возрастную структуру, равноценны ли по способности к дальнейшей пролиферации стволовые клетки, проделавшие на протяжении своей предыдущей истории различное число митотических делений.

Систематическое изучение способности к самоподдержанию стволовых клеток от животных разного возраста было осуществлено с помощью метода селезеночных колоний. Не было выявлено различий в содержании КОЕс на колонию при серийных пассажах клеток колоний, продуцированных костным мозгом молодых животных (восемь недель) по сравнению с костным мозгом старых мышей (1,5— 2,5 года); истощение в обоих случаях наступало через три пассажа. КОЕс из печени новорожденной мыши выдерживали четыре пассажа, из печени 10-дневных эмбрионов — шесть пассажей, из желточного мешка 9-дневных эмбрионов — семь пассажей.

Очень приблизительные расчеты (время генерации КОЕс в колонии принято 12 час во все время пассажей) показали, что КОЕс взрослых животных может делиться 28 раз до выявления дефекта в пролиферации, КОЕс новорожденных — 56 раз и КОЕс ранних эмбрионов — 84 раза.

Таким образом, в эмбриональном периоде, когда стволовые клетки интенсивно пролиферируют, пролиферативный потенциал их постепенно снижается. Во взрослом организме, в котором пролиферация стволовых клеток незначительна, дальнейшее снижение способности к пролиферации выявить труднее. Оно было обнаружено в исследованиях с переносом костного мозга к мышам-мутантам W/Wv, у которых дефектны стволовые клетки. Здоровые стволовые клетки при трансплантации необлученным мутантам постепенно заменяют кроветворные клетки реципиента. Это дало возможность вести серийные трансплантации (1 раз в 12—16 мес ) костного мозга от молодых и погибающих от старости мышей в организме мутантов свыше 5 лет (при продолжительности жизни мышей до 2 лет).

Снижение способности к самоподдержанию (по числу КОЕс) у костного мозга от старых мышей (в сравнении с костным мозгом от молодых животных) выявилось лишь после 4-го пассажа, через 63—70 мес от начала опыта (Harrison, 1973).

Еще более четко возможность истощения пролиферативной способности стволовых клеток была выявлена при серийных трансплантациях в облученный организм смеси костного мозга от молодых и старых доноров, несущих различные хромосомные маркеры (Ogden, Micklem, 1976). При первых двух пассажах, производимых один раз в 8—10 недель, эффективно репопулируют около 100 стволовых кроветворных клеток, тогда как при последующих пассажах, несмотря на то, что вводится всегда одно и то же число стволовых кроветворных клеток, способность к клонообразованию сохраняется лишь у двух — пяти из них.