Как стволовые клетки решают, в какие мышцы превратиться
Фактор транскрипции миокардин регулирует дифференцировку стволовых клеток в разные типы мышечной ткани.
Ученые Рочестерского и Техасского университетов идентифицировали ключевой белок, контролирующий процесс превращения взрослых стволовых клеток в клетки скелетных мышц либо в гладкомышечные клетки сосудистых стенок.
Одна из наиболее дифференцированных популяций взрослых стволовых клеток может, в зависимости от потребностей организма, давать начало костной ткани, крови, а также скелетной и гладкой мускулатуре. Исследователи продемонстрировали, что фактор транскрипции миокардин является основным регулятором дифференцировки стволовых клеток в тот или иной тип миоцитов. Ранее считалось, что функция миокардина заключается в активации генов, обеспечивающих превращение стволовых клеток в клетки гладкой мускулатуры. Авторы установили, что этот фактор необходим также для блокирования генов, необходимых для формирования клеток скелетных мышц.
Это открытие может привести к появлению новых методов клеточной терапии, при осуществлении которых исследователи будут с помощью факторов транскрипции управлять процессами, происходящими с имплантированными в организм клетками, а не надеяться (как это происходит на современном этапе), что клетки начнут дифференцироваться в нужном направлении.
Некоторые заболевания прогрессируют в зависимости от того, в каком направлении происходит дифференцировка стволовых клеток. Например, атеросклероз становится причиной развития инфаркта миокарда в том случае, если образующиеся на внутренней поверхности артерий холестериновые бляшки становятся хрупкими, отрываются и вступают во взаимодействие с циркулирующими в крови факторами, что приводит к формированию тромбов, блокаде артерий и отмиранию ткани. Теоретически, введение стволовых клеток, запрограммированных на дифференцировку в гладкомышечные клетки, может укрепить бляшки и предотвратить их отрыв.
В тоже время, опухолям для роста необходимо формирование новых кровеносных сосудов. Опухоли синтезируют ряд соединений, которые стимулируют дифференцировку стволовых клеток в гладкомышечные и активируют фактор роста сосудистого эндотелия (vascular endothelial growth factor, VEGF). Комбинация этих сигналов обеспечивает образование новых сосудов. В связи с этим возникает ряд вопросов. Будут ли манипуляции над миокардином и VEGF подавлять рост опухоли путем лишения ее кровоснабжения? Не стимулируют ли основанные на введении VEGF методы лечения активность миокардина, приводя тем самым к формированию гладких мышц вместо обновления изнашивающихся скелетной мускулатуры? Не чревато ли экспериментальное лечение заболеваний периферических и коронарных артерий с помощью VEGF ослаблением скелетной мускулатуры?
Ученые также провели эксперименты на трансгенных мышах. Результаты работы показали, что в течение непродолжительного времени миокардин экспрессируется клетками сомита – спинного сегмента плода. Эти данные легли в основу теории, согласно которой скелетные и гладкие мышцы имеют общее происхождение. Во время внутриутробного развития миокардин ненадолго активируется для того, чтобы обеспечить формирующийся организм гладкомышечными клетками, которые мигрируют в другие части эмбриона и начинают формировать кровеносные сосуды. После этого он быстро инактивируется, что приводит к дифференцировке клеток сомита в клетки скелетных мышц.
Полученные авторами данные не только проливают свет на формирование различных типов мышечных волокон во время внутриутробного развития, но и предполагает возможность разработки новых методов лечения таких заболеваний, как атеросклероз и рак.
