Развитие скелетных мышц и регенерация за счет клеток-сателлитов реализуются за счет различных генетических программ

I I I I I I

I I I

Новости клеточных технологий

8. Rupp S., Koyanagi М., Iwasaki M. et al. Characterization of longterm endogenous cardiac repair in children after heart transplantation. Eur. Heart J. 2008; 29: 1867—72.

9. Fraidenraich D., Stillwell E., Romero E. et al. Rescue of cardiac defects in id knockout embryos by injection of embryonic stem cells. Science 2DD4; 306: 247-52.

10. Joggerst S.J., Hatzopolous A.K. Stem cell therapy for cardiac repair: benefits and barriers. Expert. Rev. Mol. Med. 2DD9; 11: e20.

11. Madonna R., Geng Y.J., De Caterina R. Adipose tissue-derived stem cells. Characterization and potential for cardiovascular repair.

Arterioscler. Thromb. Vase. Biol. 2DD9; 29: 1723.

12. Sensebw L., Krampera M., Schrezenmeier H. et al. Mesenchymal stem cells for clinical application. Vox Sang. 2DD9; in print.

13. Otto A., Collins-Hooper H., Patel K. The origin, molecular regulation and therapeutic potential of myogenic stem cell populations. J. Anat. 2DD9; 5[2151: 477-97.

14. Barandon L., Couffinhal T., Dufourcq P. et al. Repair of myocardial infarction by epicardial deposition of bone-marrow-cell-coated muscle patch in a murine model. Ann. Thorac. Surg. 2DD4; 78: 1409—17.

Подготовила А.С. Григорян

По материалам: Yamada S., Nelson T.J., Behfar A. et al. Stem cell transplant into pre-implantation embryo yields myocardial infarction-resistant adult phenotype. Stem Cells 2009; in print

Развитие скелетных мышц и их регенерация из миосателлитоцитов реализуются за счет различных генетических программ

Регенерация скелетных мышц имеет важное клиническое значение при мышечных дистрофиях и различных травмах, и зависит от камбиального резерва, формируемого клетками-миосателлитами. Как формирующие скелетное мышечное волокно миобласты, так и клетки-миосателлиты образуются из единых мышечных предшественников с высоким пролиферативным потенциалом [2]. После завершения формирования мышечного волокна во время эмбрионального развития скелетной мышцы клетки-миосателлиты располагаются вне многоядерного волокна и остаются пролиферативно-неактивными. Выживание и распространение этих клеток основано на экспрессии транскрипционного фактора Рах7 [2].

Исследования in vitro подтверждают важную роль Рах7 в процессах выживания миобластов, их пролиферации и установлении миогенного фенотипа [1—2]. Также было показано, что в покоящихся клетках-миосателли-тах наблюдается постоянная экспрессия Рах7 [3]. Основываясь на этих данных, исследователи из отдела эмбриологии института Карнеги Christoph Lepper и Chen-Ming Fan решили проверить гипотезу о том, что влияние Рах7 ответственно за самообновление и вызванную травмами регенерацию скелетных мышц in vivo.

В опубликованном в журнале Nature исследовании была прослежена судьба миосателлитов с инактивированным геном Рах7 у мышей. Инактивация происходила в результате Сге-опосредованной рекомбинации двух аллельных вариантов гена Рах7: Pax7f и Рах7СЕ. Были использованы мыши линии Rosa26, характеризующиеся экспрессией lacZ после Сге-опосредованной рекомбинации. Зависящая от тамоксифена активность CreERT2 подтверждалась р-галактозадазной активностью.

В результате, на 5 и 10 сут. после травмы, вызванной кардиотоксином, у гетерозиготных по аллельным вариантам гена Рах7 (Рах7+/СЕ) мышей на 60^90 сут. после рождения все мышечные волокна, полученные в

р

зывает, что основным источником регенерирующих волокон являются потомки клеток, экспрессирующих Рах7.

Оказалось неожиданным, что и у мышей с полностью выключенным геном Рах7 миофибриллы регенерировали, причем в волокнах не было обнаружено ни мРНК Рах7, ни самого белка Рах7. Таким образом, функциональный белок Рах7 не требуется для регенерации скелетных мышц после травмы во взрослом возрасте.

У мутантов Рах7~Ав зародышевой линии, напротив, после травмы регенерировали лишь редкие тонкие волокна. Более того, считается [4], что эти фибриллы имеют иное, не Рах7-зависимое, происхождение. У таких мутантов выжившие изолированные клетки не обладали типичными характеристиками миосателлитов. Исследователи провели анализ судьбы клеток, участвующих в регенерации миофибрилл у таких мутантов, используя в качестве метки 5-этинил-2’-дезокксиуридин, и обнаружили, что потомки клеток Рах7~ не только формируют волокно, но и занимают нишу клеток-сателлитов.

Наиболее вероятными кандидатами для функциональной замены Рах7 в данном случае являются другие представители семейства Рах. Известно, что РахЗ и Рах7 могут замещать друг друга в эмбриональном мио-гистогенезе [1]. Для проверки гипотезы о возможном замещении Рах7 на РахЗ во время процесса мышечной регенерации у взрослых мышей исследователи выключили оба гена. Оказалось, что ни Рах7, ни РахЗ не влияют на регенерацию скелетных мышц у взрослых организмов.

Следующей задачей исследования стало определение критического периода влияния Рах7 на регенерацию in vivo.

В результате оказалось, что регенерация мышечных фибрилл перестает быть зависимой от клеток-потомков Рах7+ предшественников после 21 сут. постнатального развития. Именно на этом сроке развития завершается формирование «архитектурного облика» мышечного волокна, распределяются ядра, и обособляются молчащие клетки-миосателлиты [5]. Потомки клеток-мутантов по Рах7, напротив, сливались в фибриллу только после 31 сут. постнатального развития.

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, № 4, 2009

ИМИ!

Новости клеточных технологий

17

Результатами своего исследования авторы считают, в первую очередь, открытие факта, что белок Рах7 функционально не только координирует выживание и пролиферацию клеток-миосателлитов, но и предотвращает их дифференцировку и слияние в мышечное волокно, сохраняя потенциал к регенерации у клеток-миосателлитов. Также был определен критический период зависимости от Рах7 во время перехода от ми-осателлитоцитов к состоянию стволовых клеток, обеспечивающих скелетным мышцам способность к регенерации. Этот период у мышей заканчивается на 21 сут. после рождения. Показана неотъемлемая роль РахЗ и Рах7 для эмбриональных мышечных предшественников, и роль только одного Рах7 для перинатальных. Совершенно неожиданно оказалось, что взрослые клетки-

сателлиты не нуждаются ни в РахЗ, ни в Рах7 для осуществления процессов мышечной регенерации.

Авторы серьезно пошатнули господствующую концепцию о том, что «регенерация повторяет развитие». Изменения в генетической программе мышечных стволовых клеток при переходе от эмбриональной стадии к ювенильной и далее к стадии взрослого организма подталкивает к осторожности в применении знаний, полученных при эмбриональных исследованиях, к биологии стволовых клеток взрослых. Зависимые от возраста изменения в свойствах стволовых клеток убеждают в необходимости тщательного анализа возраста клеточного материала, используемого при трансплантациях в регенеративной медицине.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Relaix F., Rocancourt D., Mansouri A., Buckingham M.A. Pax3/Pax7-dependent population of skeletal muscle progenitor cells. Nature 2005; 435: 948-53.

2. Charge S.B., Rudnicki M.A. Cellular and molecular regulation of muscle regeneration. Physiol. Rev. 2DD4; 84: 209—38.

3. Seale P., Ishibashi J., Scime A., Rudnicki M.A. Pax7 is necessary and sufficient for the myogenic specification of CD451:Sca11 stem cells

from injured muscle. PLoS Biol. 2DD4; 2: E13D.

4. Kuang S., Charge S.B., Seale P., Huh M., Rudnicki M.A. Distinct roles for Pax7 and Pax3 in adult regenerative myogenesis. J. Cell Biol. 2006; 172: 103-13.

5. Pastoret C., Sebille A. Age-related differences in regeneration of dystrophic tmdx] and normal muscle in the mouse. Muscle Nerve 1995; 18: 1147-54.

Подготовил A.B. Иванов

По материалам: Lepper С., Conway S.J., Fan C-M. Adult satellite cells and embryonic muscle progenitors have distinct genetic reguirements. Nature 2009:460: 627—31, Wang J„ Conboy I. Embryonic vs. Adult Myogenesis: Challenging the 'Regeneration Recapitulates Development’ Paradigm. Journal of Molecular Cell Biology, 2009; 1 -4

ТКАНЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Формирование полноценных зубов из биоинженерных эквивалентов

Разработка и применение биотехнологических подходов требует понимания процессов клеточной биологии, эмбрионального гисто- и органогенеза, особенностей физиологической и репаративной регенерации в различных возрастных периодах. В настоящее время большинство исследований в области клеточных технологий сфокусированы на тканевом уровне организации — полное воспроизведение органогенеза на современном этапе представляется мало возможным, но является дальнейшим логическим продолжением развития научных разработок.

В этой связи, особый интерес представляет серия экспериментальных исследований лаборатории К. №као, направленных на получение биоинженерных эквивалентов зубов и оценку их гистологических, гистохимических, иммунофенотипических и функциональных особенностей.

Известно, что формирование зубных зачатков осуществляется на основе взаимодействия орального эпителия и клеток эктомезенхимы нервного гребня [2].

Руководствуясь этими данными, К. Nakao с соавт. (2007) использовали в качестве исходного материала эпителиальные и мезенхимные клетки, полученные из зачатков резцов эмбрионов мышей возрастом 14,5 дней. Инъекции клеточных популяций проводили в капли коллагенового геля с получением культур в различных концентрациях [0,5-108 и 5-108 клеток/мл). Мезенхимные клетки помещались в базальную часть, а эпителиальные — в апикальную. На этапе разработки метода [2] после двух сут. культивирования половину образцов трансплантировали под капсулу почки мыши на две недели. Аналогичное время оставшуюся часть клеточных культур инкубировали in vitro. Формирование зубных зачатков с нормальной дифференцировкой клеток и гистогенезом наблюдалось во всех случаях in vivo при использовании материала с высокой плотностью клеток -

меченых клеточных популяций было показано развитие одонтобластов, компонентов пульпы зуба, костной ткани

Клеточная трансплантология и тканевая инженерия Том IV, 1У< 4, 2009