Ниша стволовой клетки

Ниша стволовой клетки

Ниша стволовой клетки — термин, впервые предложенный ещё в 1978 году Р. Скофилдом (Schofield) для микроокружения cтволовой клетки, необходимого для её жизнедеятельности и координации её поведения с нуждами организма[1]. Многие исследователи рассматривают нишу как анатомическую субъединицу тканевого компартмента. По современным представлениям ниша это связующее звено контроля и регуляции между клеткой и целостным организмом[2][3][4]. Она:

  • обеспечивает стволовую клетку факторами необходимыми для её жизнедеятельности;
  • благодаря её анатомическим особенностям способствует взаимному контролю и обмену информацией между клетками, координирует их действия[5];
  • обеспечивает координацию между различными популяциями клеток[6], регулируя их ориентацию и местоположение в тканевом компартменте, а следовательно регулирует морфогенез и функции тканей.

В основе функционирования ниши лежит множество взаимосвязанных механизмов: это и межклеточные взаимодействия между стволовыми клетками, а также взаимодействия между стволовыми клетками и соседними дифференцированными клетками; взаимодействия между стволовыми клетками и компонентами внеклеточного матрикса[7]; уровень кислорода (наличие или отсутствие гипоксии)[8]; факторы роста и цитокины; физико-химическое состояние окружающей среды (рН, её ионная сила, и в частности концентрация ионов Ca2 +; наличие метаболитов и энергоносителей, таких как например АТФ)[9]. Все больше данных свидетельствует о том, что одним из ключевых путей взаимодействия между стволовыми клетками и нишей являются микроРНК — малые некодирующие РНК[10][11]. Передача РНК между клетками может осуществляться с помощью экзосом - выделяемых клетками мембранных везикул размером не более 100 нанометров, которые считаются одной из форм межклеточного общения[12][13]. Заблокировать перенос микроРНК экзосомами можно с помощью ингибитора нейтральной сфингомиелиназы (SMPD3) - GW4869 или ингибитора кислой сфингомиелиназы (SMPD1) - дезипрамина [14], что может предотвратить образование раковой ниши.[15]

В процессе развития и для поддержания друг друга во взрослом организме стволовые клетки и ниша могут оказывать индуктивное воздействие по отношению к друг другу[6]. Недопонимание или неадекватное понимание этих индуктивных сигналов может приводить к развитию опухолей.

Ниша может быть представлена одним или несколькими типами взаимодействующих между собой клеток, а также клетками вместе с внеклеточными структурами такими как внеклеточный матрикс.

Клетки ниши могут являться источником секретируемых факторов и носителями рецепторов размещенных на клеточной поверхности. К числу гормональных и паракринных факторов контролирующих обновление популяции клеток, дифференцировку и апоптоз относят семейства: Wnt — Notch[16][17], Hedgehog [18], ростового фактора фибробластов (FGF)[19][20][21][22], ростового фактора эпидермиса (EGF)[23][7], трансформирующего ростового фактора (TGF-β)[24], фактора стволовых клеток (SCF)[25][26] и семейства хемокинов[27]. Так, например, манипулируя сигнальным путем Wnt и определенными транскрипционными факторами, можно вызвать у червячка C. Elegans образование перемещённых ниш[28], а также «латентных» ниш проявляющих себя только после того как незрелые зародышевые клетки, в результате смещения, вступают в неестественный для нормы контакт с популяцией клеток секретирующих сигнальные молекулы Notch[29]. Такие латентные ниши могут вызывать образование зародышевой опухоли — тератомы из-за нарушения программы развития. Способность некоторых раковых клеток самостоятельно вырабатывать необходимые для их выживания компоненты ниши превращают их в рассадников метастазов. К таким компонентам, в частности, относятся белки внеклеточного матрикса такие как тенесцин Ц (TNC)[30] и периостин (POSTN)[31]. Оба эти белка являются регуляторами ключевых сигнальных путей, таких как Wnt и Notch[32].

Концепция ниши позволяет выявить механизмы снижения количества стволовых клеток и регенерационной способности в процессе старения организма[33][21]. Так, например, повысив активность сигнала FGF вырабатываемого сателлитными клетками мышечного волокна можно вызвать снижение количества стволовых клеток и соответственно уменьшение регенерационной способности мышцы. И наоборот, снизив выработку нишей сигнала FGF можно предотвратить истощение сателлитных стволовых клеток и регенерационной способности мышцы[22].

Примечания

  1. ↑ Schofield R (1978) The relationship between the spleen colony-forming cell and the haemopoietic stem cell. Blood Cells, 4:7-25.
  2. ↑ Lander AD, Kimble J, Clevers H, Fuchs E, Montarras D, Buckingham M, Calof AL, Trumpp A, Oskarsson T. (2012) What does the concept of the stem cell niche really mean today? BMC Biology 2012, 10:19 doi:10.1186/1741-7007-10-19.
  3. ↑ Justin Voog, D. Leanne Jones (2010) Stem Cells and the Niche: A Dynamic Duo. Cell Stem Cell 6(2), 103—115 doi.org/10.1016/j.stem.2010.01.011
  4. ↑ Kiefer, J. C. (2011), Primer and interviews: The dynamic stem cell niche. Dev. Dyn., 240: 737—743. doi: 10.1002/dvdy.22566
  5. ↑ Ema H, Suda T. (2012) Two anatomically distinct niches regulate stem cell activity. Blood. 2012 Sep 13;120(11):2174-81. doi: 10.1182/blood-2012-04-424507
  6. ↑ 1 2 Jaclyn G. Y. Lim and Margaret T. Fuller (2012) Somatic cell lineage is required for differentiation and not maintenance of germline stem cells in Drosophila testes. PNAS 109 (45) 18477-18481, doi:10.1073/pnas.1215516109
  7. ↑ 1 2 Maria Felice Brizzi, Guido Tarone, Paola Defilippi (2012) Extracellular matrix, integrins, and growth factors as tailors of the stem cell niche. Current Opinion in Cell Biology 24(5), 645—651 doi.org/10.1016/j.ceb.2012.07.001
  8. ↑ Norifumi Urao, Masuko Ushio-Fukai (2012) Redox regulation of stem/progenitor cells and bone marrow niche. Free Radical Biology and Medicine doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2012.10.532
  9. ↑ Sireewan Kaewsuwan, Seung Yong Song, Ji Hye Kim, and Jong-Hyuk Sung (2012) Mimicking the functional niche of adipose-derived stem cells for regenerative medicine. Expert Opinion on Biological Therapy, 12(12), 1575-1588 doi:10.1517/14712598.2012.721763
  10. ↑ Laine S.K., Hentunen T., Laitala-Leinonen T. (2012) Do microRNAs regulate bone marrow stem cell niche physiology? Gene, 497 (1), pp. 1-9 doi.org/10.1016/j.gene.2012.01.045
  11. ↑ Eric R. Lechman, Bernhard Gentner, Peter van Galen et al. & Luigi Naldini.( 2012) Attenuation of miR-126 Activity Expands HSC In Vivo without Exhaustion. Cell Stem Cell,; DOI:10.1016/j.stem.2012.09.001
  12. ↑ Cecilia Lässer, Maria Eldh, Jan Lötvall (2012) The Role of Exosomal Shuttle RNA (esRNA) in Cell-to-Cell Communication. Emerging Concepts of Tumor Exosome–Mediated Cell-Cell Communication. Zhang, Huang-Ge (Ed.) 2013, pp 33-45 ISBN 978-1-4614-3697-3 DOI 10.1007/978-1-4614-3697-3_2
  13. ↑ Yi Lee1, Samir EL Andaloussi and Matthew JA Wood (2012) Exosomes and microvesicles: extracellular vesicles for genetic information transfer and gene therapy. Hum. Mol. Genet. (2012) 21 (R1):R125-R134. doi: 10.1093/hmg/dds317
  14. ↑ Vickers, Kasey C.; Remaley, Alan T. (2012) Lipid-based carriers of microRNAs and intercellular communication. Current Opinion in Lipidology: 23(2), 91–97 doi: 10.1097/MOL.0b013e328350a425
  15. ↑ Muller Fabbri (2012)TLRs as miRNA Receptors. Cancer Res , 72:6333-6337; doi:10.1158/0008-5472.CAN-12-3229
  16. ↑ Muñoz-Descalzo, S., de Navascues, J. and Arias, A. M. (2012), Wnt-Notch signalling: An integrated mechanism regulating transitions between cell states. Bioessays, 34: 110—118. doi: 10.1002/bies.201100102
  17. ↑ Roozen, P. P.C., Brugman, M. H. and Staal, F. J.T. (2012), Differential requirements for Wnt and Notch signaling in hematopoietic versus thymic niches. Annals of the New York Academy of Sciences, 1266: 78–93. doi: 10.1111/j.1749-6632.2012.06626.x
  18. ↑ Marcus Michel, Adam P. Kupinski, and Isabel Raabe (2012) Hh signalling is essential for somatic stem cell maintenance in the Drosophila testis niche. J Cell Sci 125:e1; doi:10.1242/jcs.116673
  19. ↑ Di Maggio, N., Mehrkens, A., Papadimitropoulos, A., Schaeren, S., Heberer, M., Banfi, A. and Martin, I. (2012), Fibroblast Growth Factor-2 Maintains a Niche-Dependent Population of Self-Renewing Highly Potent Non-adherent Mesenchymal Progenitors Through FGFR2c. STEM CELLS, 30: 1455—1464. doi: 10.1002/stem.1106
  20. ↑ Potthoff M. J., Kliewer S. A. & Mangelsdorf D. J. (2012) Endocrine fibroblast growth factors 15/19 and 21: from feast to famine. Genes & Dev. 2012. 26: 312—324 doi:10.1101/gad.184788.111
  21. ↑ 1 2 Kim Baumann (2012) Stem cells: An ageing decline. Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 681 doi:10.1038/nrm3464
  22. ↑ 1 2 Joe V. Chakkalakal, Kieran M. Jones, M. Albert Basson & Andrew S. Brack (2012) The aged niche disrupts muscle stem cell quiescence. Nature 490, 355–360 doi:10.1038/nature11438
  23. ↑ Parrott BB, Hudson A, Brady R, Schulz C (2012) Control of germline stem cell division frequency--a novel, developmentally regulated role for epidermal growth factor signaling. PLoS One. 2012;7(5): e36460 doi: 10.1371/journal.pone.0036460
  24. ↑ Park JK, Ki MR, Lee EM, al. &, Jeong KS (2012) Losartan Improves Adipose Tissue-Derived Stem Cell Niche by Inhibiting Transforming Growth Factor-β and Fibrosis in Skeletal Muscle Injury. Cell Transplant. . doi: 10.3727/096368912X637055
  25. ↑ Salm, S., Burger, P. E. and Wilson, E. L. (2012) TGF-β and stem cell factor regulate cell proliferation in the proximal stem cell niche. Prostate, 72(9) 998—1005. doi: 10.1002/pros.21505
  26. ↑ Lei Ding, Thomas L. Saunders, Grigori Enikolopov & Sean J. Morrison (2012) Endothelial and perivascular cells maintain haematopoietic stem cells. Nature 481, 457—462 doi:10.1038/nature10783
  27. ↑ Nishida C, Kusubata K, Tashiro Y, et al & Hattori K. (2012) MT1-MMP plays a critical role in hematopoiesis by regulating HIF-mediated chemokine/cytokine gene transcription within niche cells. Blood. 2012 Jun 7;119(23):5405-16
  28. ↑ Jackson BM, Eisenmann DM (2012) β-catenin-dependent Wnt signaling in C. elegans: teaching an old dog a new trick. Cold Spring Harb Perspect Biol. ;4(8): a007948. doi: 10.1101/cshperspect.a007948
  29. ↑ McGovern M, Voutev R, Maciejowski J, Corsi AK, Hubbard EJ (2009) A 'latent niche' mechanism for tumor initiation. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106:11617-11622
  30. ↑ Oskarsson T, Acharyya S, Zhang XH, et al. & Massague J (2011) Breast cancer cells produce tenascin C as a metastatic niche component to colonize the lungs. Nat Med , 17:867-874.
  31. ↑ Wang Z, Ouyang G. (2012) Periostin: a bridge between cancer stem cells and their metastatic niche. Cell Stem Cell. ;10(2):111- 112 doi.org/10.1016/j.stem.2012.01.002.
  32. ↑ Malanchi I, Santamaria-Martinez A. et al. & Huelsken J (2012) Interactions between cancer stem cells and their niche govern metastatic colonization. Nature, 481:85-89.
  33. ↑ Gopinath, S. D. and Rando, T. A. (2008), Stem Cell Review Series: Aging of the skeletal muscle stem cell niche. Aging Cell, 7: 590–598. doi: 10.1111/j.1474-9726.2008.00399.x

Ссылки


Цинковый палец

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать реферат

Полезное


Смотреть что такое "Ниша стволовой клетки" в других словарях:

  • Стволовые клетки — Эмбриональные стволовые клетки человека под микроскопом. Стволовые клетки  недифференцированные (незрелые) клетки, имеющиеся во всех …   Википедия

  • Культура клеток — Окрашенная культура клеток эпителия. На фото кератин (красный) и ДНК (зеленая) Культивирование клеток представляет собой процесс, посредством которого in vitro отдельные клетки (или единственная клет …   Википедия

  • Эмбриональная индукция — Эмбриональная индукция  взаимодействие между частями развивающегося организма у многоклеточных беспозвоночных и всех хордовых. Содержание 1 История 2 Гипотеза 3 Эксперимент …   Википедия

  • Морфогенез — (англ. Morphogenesis, от греч. morphê форма и genesis происхождение, или буквально «формообразование»)  возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов как в индивидуальном (онтогенез), так и в историческом, или… …   Википедия

  • Внеклеточный матрикс — (англ.  extracellular matrix, ECM) внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны)[1]. Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани, обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт… …   Википедия

  • Доказательства эволюции — Ископаемый археоптерикс, обнаруженный вскоре после публикации « …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
… Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»