Молекулярно-генетические клеточные механизмы регенерации

Лекция №16

Конец 20 века знаменит достижениями молекулярной и клеточной биотехнологией, открывающей широкую перспективу для создания эффективной биомедтехнологии. Еще не известно, но факт, что клетки развиваются направлением биологической индустрии. Только в последнее время исследования стали финансироваться. Результаты фундаментальных и прикладных исследований стали внедрятся в практику. Поэтому особую важность приобретают изучения фундаментальных достижений в биологических и биотехнологических стволовых клеток. Основоположник науки о стволовых клеток – профессор ВМА Максимов. Он объяснил процессы обновления плазмы крови наличием других клеток – стволовых. Фундамент основы науки о стволовых клеток А.Я. Фридештейни И.Л.Чернов (работает в гемалогическом центр РАМН).

1 попыткой принять стволовые клетки были для лечения на Западе и в США, 1880 год Томас произвел первую трансплантацию костного мозга (Нобелевская премия). Была впервые воспроизведена трансплантация стволовых клеток из периферической крови ребенку с анемией (Франция 1892 Д. Харрис провел забор и сохранил пуповинную кровь своего сына). 2001 в США первая удачная пересадка стволовых клеток человеку после инсульта. Пересадка стволовых клеток с миокарда. После получения эмбриональных стволовых клеток человека стали появляться клоны стволовых клеток. В основе метода линий явление гомологической рекомбинации (обмена участками хромосом). Получили исследования синтезированием фрагмента ДНК, который перенесен с вирусов клетки. Синтез ДНК за счет рекомбинации встраивается в хромосомы. В стволовые клетки мышей в некоторые линии был введен фрагмент ДНК, у этих мышей получили стволовые клетки и имплантировали другим линиям мышей. Химерные + норм = 25% норма, 75 химерные, 50% носителей, 25% не имеют носителей.

1961 – Жакоб и Мано (выключение и включение генов в периоде жизни). Метод позволяет исследовать роль каждого гена в развитие гена, не только у мышей, но и у человека. В России проводятся исследования стволовых клеток (заживление ран). В ряде исследований РФ получили гены человека.

Стволовая клетка – популяция клеток, обладающих неорганической репликацией и способные редуцироваться в другие клетки. Это основа, из которой развивается организм. Свойства: 1) способность к неорганическому делению, самообновлению 2) детерминация 3)незавершенная дифференцировка. Из каждой стволовой клетки при митозе образуется 2 дочерние клетки, одна из которых является полной копией материнской и способная к самовоспроизведению, а 2 затерминирована и обладает потенцией к дифференцировке.

4 типа стволовых клеток:

1) эмбриональные

2) фетальные

3) соматическая

4) мезенхимная

Эмбриональная стволовая клетка (Э.С.К.) – обнаруживается на самой ранней стадии развития зародыша. Ученые пытались выделить одну мультипотенциальную стволовую клетку, которая способна воспроизводить себе подобную или превращаться в другие типы клеток (свойство мультипотентности). 1981 – Мартин Эмонс – удалось выделить из зародыша мыши. 1998 Джеймс Томпсон и Джон Беккер выделили из бластоцисты человека. Источником ЭСК послужили зародыши, оставшиеся неиспользованными для создания беременности после суперовуляции при искусственном оплодотворении. Клетки эмбриобласта и превращают в суспензию клеток с помощью ферментов. ЭСК клоны. Из клонов удалось выделить XYи XX линии ЭСК человека, которые сохраняют высший темп роста и высокий темп активности теломеразы (участки хромосом) – минимальный белковый фенотип, потентность генома в разные соматические клетки. Сейчас в распоряжении ученых хранится до 10 бессмертных клеточных линий человеческих ЭСК. В нашей стране одним из лидеров является профессор Репин в области ЭСК. Характеристики ЭСК: 1) возникают в эмбриогенезе 2)повторяют эмбриогенез и органогенез invitro, invivo 3) неорганизованный рост клонами (клетки без фенотипа) 4)дифференцировка в соматические клетки invitro5)встраиваются в ткани и дифференцируются в соматические клетки.

По мнению Репина самые главные свойства ЭСК состоит в том, что генетическая информация, заключенная в ядре находится на нулевой точке отсчета. Все соматические клетки специализированы. Эск еще не включила механизмы, определяющие её специализацию. В нулевой точке отсчета её геном не запустил ни одной программы и не начал выполнять программу размножения многоклеточного зародыша. Таких клеток сотые доли процента в зародыше, поэтому их очень сложно получить. ЭСК не работает в автоматическом режиме. Могут превращаться в 1 из 150 возможных типов зародышевых клеток. ЭСК ждет сигнала для превращения. Это означает, что она не имеет функций, кроме переноса РНК в следующее поколение. Из ЭСК формируются островки. Наши органы – смесь взрослых клеток с вкраплениями зародышевых тканей в виде ЭСК. Клетка родоначальница – бессмертна. Ученые начали выделять из зародыша мозга зародышевую ткань. При хранении зародыша в холодильнике (+4) через 4-5 часов все клетки погибнут кроме ЭСК. Открытие Томпсона и Беккера можно сравнить с открытием Уотсона и Крика в 1999 году. Научное сообщество признало выделение ЭСК третьим по важности открытием. 1) открытие ДНК помогло ученым понять, что в клетке есть информация и как она передается. Изучение зародышевых стволовых клеток помогло понять механизмы развития зародыша человека. ЭСК – прекрасная модель для того, чтобы понять как 5000 генов в эмбриогенезе тиражируют генетическую информацию, чтобы вырос организм, состоящий из 10 в 14 степени клеток.

Перед одной единственной клетки стоит задача превратиться в организм, состоящий из миллиарда клеток и для этого есть 3000 генов. Зигота начинает делиться через 30 часов после оплодотворения. 3-4 сутки – «шар» состоящий из 12 клеток. Еще через 5 суток – клеточная сфера – бластоциста. Превращается в клетки, у которых задача переносить генетическую информацию в виде молекул РНК. Потом к работе вступают гены, ответственные за передачу. Количество генов строго определенное.

Фетальные стволовые клетки

Из них развиваются различные органы зародыша.

1)Гемопоэтические

2) нейральные – в клетки головного мозга

3) клетки предшественники поджелудочной железы

Фетальные стволовые клетки дифференцируются в клетки, иннервирующие сердце, стенки кишечника, костей лица.

Соматические стволовые клетки

Превращаются только в клетки определенного типа. Жировая ткань, скелетная мускулатура, пульпа зуба, печень, кожа. Клетки данного типа поддерживают ткани на протяжении всей жизни. Красный костный мозг: 1)Гемопоэтические 2) стромальные клетки – мало, долго живут, но обновляются редко, постоянно циркулируют в кровотоке млекопитающих. Установлено, что в регенерации участвуют 1) специализированные тканевые (только в определенном месте) 2) универсальные стромальные клетки красного костного мозга (универсальны).

Мезенхимальные стволовые клетки

Присутствуют в взрослом костном мозге, могут расти, имеют фибробластный фенотип, способны дифференцироваться в ткани мезенхимы (кость, хрящ, жир, мышцы, сухожилия).

Дата добавления: 2014-01-04