Содержание

Недифференцированные стволовые клетки, которые активно используются в медицине, представляют собой основу для развития клеток мозга, крови или любого другого органа. В современной фармакологии и косметологии этот биологический материал является ценным лекарством. Специалисты научились самостоятельно выращивать его для разных нужд: например, брать материал пуповинной крови, который широко применяют для восстановления и укрепления иммунной системы.

Что такое стволовые клетки

Если объяснять понятным языком, то СТ (стволовые недифференцированные клетки) представляют собой «прародителей» обычных клеток, которых насчитывается сотни тысяч видов. Обычные клетки отвечают за наше здоровье, обеспечивают исправную работу жизненно необходимых систем, заставляют наше сердце биться и работать мозг, они ответственны за пищеварение, красоту кожи и волос.

Где находятся стволовые клетки

Невзирая на внушительную цифру в 50 миллиардов штук, такой ценный материал у взрослого человека имеется в очень малых количествах. В основной массе клетки содержатся в костном мозге (мезенхимальные клетки и стромальные клетки) и подкожном жире, остальные равномерно распределены по всему телу.

По-другому сформирован эмбрион. Миллиарды стволовых клеток образуются после деления зиготы, которая является результатом слияния мужской и женской гамет. Зигота хранит в себе не только генетическую информацию, но и план последовательного развития. Однако в процессе эмбриогенеза ее единственной функцией является деление. Других задач, помимо передачи генетической памяти следующему поколению, нет. Клетки деления зиготы и являются стволовыми, точнее, эмбриональными.

Свойства

Взрослые клетки находятся в состоянии покоя, пока какая-либо из регулирующих систем не подаст сигнал об опасности. СТ активируются и по кровотоку добираются до пораженного места, где, считывая информацию с «соседок», превращаются в костные, печеночные, мышечные, нервные и другие составляющие, стимулируя внутренние резервы организма к восстановлению тканей.

Количество чудо-материала с возрастом уменьшается, притом начало сокращения приходится на совсем юный возраст – 20 лет. К 70 годам клеток остается очень мало, этот мизерный остаток поддерживает функционирование систем жизнеобеспечения организма. Помимо этого, «постаревшие» СТ частично теряют свою универсальность, они уже не могут перевоплощаться в любой тип ткани. Например, исчезает возможность превращения в нервные и кровяные составляющие.

По причине недостачи гемопоэтических составляющих, отвечающих за кровообразование, человек на старости лет покрывается морщинами и иссыхает из-за того, что кожа уже не получает достаточного питания. Эмбриональный материал самый способный в деле перевоплощения, значит, самый ценный. Такие СТ могут переродиться в любой вид ткани в организме, быстро восстановить иммунитет, стимулировать орган к регенерации.

Разновидности

Может показаться, что разновидностей стволовых клеток только две: эмбриональные и клетки, находящиеся в организме родившегося человека. Но это не так. Их классифицируют по полипотентности (способности перевоплощаться в другие виды тканей):

• тотипотентные клетки;
• плюрипотентные;
• мультипотентные.

Благодаря последнему виду, как можно понять по названию, можно получить любые ткани в организме человека. Это не единственная классификация. Следующее различие будет заключаться в способе получения:

• эмбриональные;
• фетальные;
• постнатальные.

Эмбриональные СТ берутся у эмбрионов, которым несколько дней. Фетальные клетки – это биологический материал, собранный из тканей эмбрионов после абортов. Их потентность по сравнению с трехдневными эмбрионами несколько ниже. Постнатальный вид – это биоматериал рожденного человека, добываемый, например, из пуповинной крови.

Выращивание стволовых клеток

Изучая свойства эмбриональных стволовых клеток, ученые пришли к выводу, что это материал, идеальный для трансплантации, так как им можно заменить любые ткани в организме человека. Эмбриональные составляющие получают из неиспользованной ткани эмбрионов, которых изначально выращивают для­ искусственного оплодотворения. Однако использование эмбрионов вызывает этические возражения, в результате ученые открыли новый тип стволовых клеток – индуцированные плюрипотентные.

Индуцированные плюрипотентные клетки (iPS) сняли этические проблемы без потери уникальных свойств, которыми обладают эмбриональные. Материалом для их выращивания служат не эмбрионы, а зрелые дифференцированные клетки пациента, которые извлекают из организма, а после проведения работ в специальной питательной среде, возвращают обратно, но уже с обновленными качествами.

Применение

Применение СТ очень широко. Определить области, где они употребляются, тяжело. Большинство ученых заявляет, что за лечением донорским биоматериалом будущее, однако дополнительные исследования следует продолжать проводить. На данный момент такие работы в большинстве своем успешные, они положительно отразились на лечении многих заболеваний. Взять, например, помощь в лечении рака, первые этапы которой уже дали надежду на выздоровление многим больным.

В медицине

Медицина не случайно возлагает огромные надежды на микротехнологии. Уже 20 лет врачи со всего мира используют мезенхимальные клетки костного мозга для лечения серьезных заболеваний, в том числе и злокачественных опухолей. Донором такого материала с набором антиген может стать близкий родственник больного, у которого подходящая группа крови. Ученые проводят и другие исследования в области лечения таких заболеваний, как цирроз печени, гепатит, патологии почек, диабет, инфаркт миокарда, артроз суставов, аутоиммунные болезни.

Лечение стволовыми клетками различных заболеваний

Спектр использования в лечении поражает. Из СТ делают многие лекарства, но особым преимуществом пользуются трансплантации. Не все пересадки заканчиваются хорошо из-за индивидуального отторжения материала, но лечение в большинстве случаев успешно. Оно используется против таких недугов:

• острый лейкоз (острый лимфобластный, острый миелобластный, острый недифференцированный и другие виды острого лейкоза);
• хронические лейкозы (хронический миелоидный, хронический лимфоцитарный и другие типы хронического лейкоза);
• патологии пролиферации миелоидного ростка (острый миелофиброз, истинная полицитемия, идиопатический миелофиброз и другие);
• фагоцитарные дисфункции;
• наследственные нарушения метаболизма (болезнь Гарлера, болезнь Крабе, метахромная лейкодистрофия и другие);
• наследственные расстройства работы иммунной системы (дефицит адгезии лимфоцитов, болезнь Костманна и другие);
• лимфопролиферативные расстройства (лимфогранулематоз, неходжкинская лимфома);
• другие наследственные расстройства.

В косметологии

Методы использования стволовых клеток нашли свое применение в сфере красоты. Косметологические фирмы все больше выпускают средств с такой биологической составляющей, которая может быть, как животной, так и человеческой. В составе косметики ее маркируют как Stem Cells. Ей приписывают чудодейственные свойства: омолаживание, отбеливание, регенерация, восстановление упругости и эластичности. Некоторые салоны даже предлагают инъекции стволовых клеток, однако введение препарата под кожу будет дорогостоящим.

Выбирая то или иное средство, не ведитесь на «удочку» красивых высказываний. Данный биоматериал не имеет никакого отношения к антиоксидантам, да и провести омоложение на десяток лет за одну неделю не получится. Учтите, что такие крема и сыворотки не будут стоить копейки, ведь получение стволовых клеток - это процесс непростой и трудоемкий. Например, японские ученые пытаются заставить улиток выделять больше слизи с содержанием заветного материала в лабораториях. Вскоре эта слизь станет основой новой косметики.

Видео: Стволовая клетка

Внимание! Информация представленная в статье носит ознакомительный характер. Материалы статьи не призывают к самостоятельному лечению. Только квалифицированный врач может поставить диагноз и дать рекомендации по лечению исходя из индивидуальных особенностей конкретного пациента.

Стволовые клетки: мифы и реальность

«Ни одна область биологии при своем рождении не была окружена такой сетью предубеждений, враждебности и кривотолков, как стволовые клетки», – считает член-корреспондент РАМН, специалист в области медицинской клеточной биологии Вадим Сергеевич Репин (Московский Центр медико-биологических технологий).

Хотя термин «стволовая клетка» был введен в биологию еще в 1908 году, статус большой науки эта область клеточной биологии получила в последнее десятилетие ХХ века. В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». Один из первооткрывателей структуры ДНК, Джеймс Уотсон, комментируя открытие стволовых клеток, отметил, что устройство стволовой клетки уникально, поскольку под влиянием внешних инструкций она может превратиться в зародыш либо в линию специализированных соматических клеток.

Действительно, стволовые клетки – прародительницы всех без исключения типов клеток в организме. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Таким образом, все клетки нашего организма возникают из стволовых клеток.

Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения. Потенциал стволовых клеток только начинает использоваться наукой. Ученые надеются в ближайшем будущем создавать из них ткани и целые органы, необходимые больным для трансплантации взамен донорских органов. Их преимущество в том, что их можно вырастить из клеток самого пациента, и они не будут вызывать отторжения.

Потребности медицины в таком материале практически неограниченны. Только 10-20 процентов людей вылечиваются благодаря удачной пересадке органа. 70-80 процентов пациентов погибают без лечения на листе ожидания операции. Таким образом, стволовые клетки в каком-то смысле действительно могут стать «запчастями» для нашего организма. Но для этого вовсе не обязательно выращивать искусственные эмбрионы – стволовые клетки содержатся в организме любого взрослого человека.

Откуда берутся стволовые клетки

По своему происхождению стволовые клетки разделяют на эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.

Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста – зародыш, который формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток есть недостатки. Во-первых, эти клетки способны спонтанно перерождаться в раковые клетки. Во-вторых, в мире пока не выделена безопасная линия истинно эмбриональных стволовых клеток, годных для клинического применения.

Фетальные стволовые клетки получают из абортивного материала на 9-12 неделе беременности. Помимо этических и юридических трений, использование непроверенного абортивного материала чревато осложнениями, такими, как заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами и даже СПИДом. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения, которое в определенных случаях может быть весьма эффективным.

Источником стволовых клеток является также плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать ее для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических. Однако количество стволовых клеток в пуповинной крови не достаточно велико, и эффективное их применение возможно только однократно для самого ребенка до 10 лет.

Самым доступным источником стволовых клеток является костный мозг человека, так как концентрация стволовых клеток в нем максимальная. В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый – это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй – это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани.

Зачем нужны стволовые клетки

Если у человека есть свои стволовые клетки, то почему органы сами не регенерируют после повреждения? Причина в том, что в процессе взросления человека наблюдается катастрофическое снижение количества стволовых клеток: при рождении – 1 стволовая клетка встречается на 10 тысяч, к 20 – 25 годам – 1 на 100 тысяч, к 30 – 1 на 300 тысяч. К 50-летнему возрасту в организме уже остается всего 1 стволовая клетка на 500 тысяч, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, гипертония и т.д. Истощение запаса стволовых клеток вследствие старения или тяжелых заболеваний, а также нарушение механизма их выброса в кровь лишает организм возможностей эффективной регенерации, в результате чего жизнедеятельность тех или иных органов истощается.

Увеличение количества стволовых клеток в организме приводит к интенсивной регенерации и восстановлению поврежденных тканей и больных органов за счет образования молодых, здоровых клеток на месте утраченных. Современная медицина уже обладает такой технологией – она называется клеточной терапией.

Что такое клеточная терапия

Организм человека развивается до 25 лет, после чего начинается процесс старения, когда с каждым днем человек замечает за собой не самые приятные изменения своего тела. Возрастные изменения кожи, изменения в деятельности эндокринных и половых желез, мышечных тканей, иммунной и нервной систем также связаны с истощением запаса стволовых клеток. Для компенсации этого запаса и необходима клеточная терапия. Здоровым людям нет необходимости начинать поддерживающую терапию ранее 35 лет. Напротив, всем кто перенес серьезные болезни, травмы, ожоги или отравления процедуры показаны в любом возрасте.

Отечественная наука и медицина обладают одним из лучших потенциалов в области исследования и применения клеточной терапии в мире. Первые направленные поиски в области стволовых клеток костного мозга человека начались в результате методического прорыва, осуществленного Александром Яковлевичем Фриденштейном в середине 70-х годов ХХ века. В его лаборатории впервые была получена однородная культура стволовых клеток костного мозга. После прекращения деления стволовые клетки под влиянием условий культивирования превращались в костную, жировую, хрящевую, мышечную или соединительную ткань. Пионерские разработки А.Я.Фриденштейна заслужили международное признание.

Сейчас с помощью терапевтической трансплантации стволовых клеток имеется возможность лечить или использовать в качестве сопровождающей терапии целый спектр заболеваний – сахарный диабет, атеросклероз, ишемическую болезнь сердца, хронические заболевания суставов, застарелые травмы, гепатиты и циррозы печени, аутоиммунные заболевания, болезни Альцгеймера и Паркинсона, синдром хронической усталости.

С помощью клеточной терапии быстро заживают ожоги, раны, язвы и рубцы кожи, осуществляется реабилитация после инсультов и черепно-мозговых травм, проводится комплексная программа регенерации (улучшение функциональных способностей организма и качества жизни) и мезотерапия лица, рук, проблемных (вялых) зон и всего тела. Клеточная терапия используется как поддерживающая терапия при рассеянном склерозе, сексопатологиях и бесплодии у мужчин и женщин, онкологических заболеваниях.

Безусловно, использование стволовых клеток не является панацеей. Так, их применение в онкологии не приводит к излечению от рака. Однако имеется ряд уникальных программ, направленных на реабилитацию больных в период ремиссии и перерывов между курсами химиотерапии. Больные, получающие такой курс, значительно лучше переносят все процедуры, уменьшается количество осложнений, появляется возможность повторить процедуры раньше. Таким образом, шансы на успех значительно возрастают. Помимо этого, стволовые клетки обладают и доказанным противораковым эффектом: они сдерживают процессы развития опухоли и активизируют иммунную систему.

Как проводится клеточная терапия

После проведения обследования и сбора анализов пациенту предлагают сдать кровь (костный мозг), в которой постоянно присутствует некоторое количество стволовых клеток. Современные технологии позволяют выделить стволовые клетки, после чего вырастить эти клетки в специальной среде в значительно большем количестве. По окончании процесса культивации пациенту назначают индивидуальный курс введения родного клеточного материала. Все лечение протекает амбулаторно и не требует изменения обычного ритма жизни.

Для сбора собственного клеточного материала необходима пункция костного мозга. Подготовка к процедуре, сама процедура забора костного мозга и отдых после нее длятся 1,5 часа (сама процедура занимает не более 20 минут), после чего пациенту необходимо прийти к врачу через 7 дней для первичного введения и далее посещать его для последующих введений согласно составленному графику.

Введение клеточного материала – безболезненная процедура, проводимая амбулаторно в стерильных условиях. Клеточный материал может вводиться внутривенно, внутримышечно, внутрисуставно, подкожно, а также в виде аппликаций – в зависимости от метода лечения и характера заболевания.

Средняя продолжительность курса (в зависимости от выбранной программы) – 2,5-3 месяца. Помимо начального этапа, пациенту не требуется посещать врача более чем 1-2 раза в неделю на протяжении всего курса.

Как правило, половина всех пациентов интересуется комплексной программой регенерации организма. Другая половина пациентов – это больные различных возрастов, с разными заболеваниями и их осложнениями – после серьезных травм, аварий, инсультов, ожогов, после операций, стрессов, кардиологических осложнений.

Клеточная терапия – это будущее современной медицины, это направление интенсивно развивается во всем мире. Приятно, что наша страна в этой области не только не отстает от других стран, но кое в чем их опережает.

Некоторые клетки плода и взрослого организма сохраняют способность давать начало специализированным клеткам различного типа.

Человеческий организм начинает развиваться из одной клетки (см. Клеточная теория) — одной оплодотворенной клетки, называемой зиготой . ДНК, содержащаяся в этой клетке, будет воспроизведена во всех клетках взрослого организма. Но по мере созревания особи в клеточной ДНК происходят изменения. Вначале «включены» все гены, находящиеся внутри зиготы: генетики скажут, что все гены могут экспрессироваться — другими словами, они могут работать. Однако по мере взросления особи клетки приобретают специализацию, для этого требуется выключить те или иные гены, отменив, таким образом, их экспрессию. Например, в каждой клетке вашего тела находятся гены, ответственные за выработку инсулина, однако инсулин синтезируют только клетки поджелудочной железы. В остальных клетках организма (например, клетках кожи, нервных клетках головного мозга) ген инсулина отключен.

То же самое происходит во всех клетках вашего организма — при развитии человека, которым управляют еще непознанные нами процессы, специализированные клетки возникают вследствие отключения всех за небольшим исключением генов клеточной ДНК, и специализация определяется участками ДНК, которые остались включенными. После того как «щелкнет выключатель», судьба клеток определена навечно — мышечные клетки при делении будут производить только мышечные клетки, кожные клетки — только клетки кожи и т. д. Такая особенность развития имеет грандиозные последствия для здоровья человека: мышечные клетки, погибшие при сердечном приступе, не могут быть замещены другими клетками; ничем нельзя заменить и клетки мозга, синтезирующие допамин, если они будут уничтожены болезнью Паркинсона; перерезанные клетки спинного мозга также не восстанавливаются. Очень многие людские страдания вызваны неспособностью организма замещать специализированные клетки.

После того как зигота начнет делиться, формируя эмбрион, клетки некоторое время сохраняют способность развиваться в ткань любого типа. Клетки, которые могут развиться в любую клетку организма, называются эмбриональными стволовыми клетками . В конце 1990-х годов ученые научились выделять такие клетки и сколь угодно долго поддерживать их в культуре. Это достижение открывает поразительные перспективы перед человечеством, поскольку теперь мы можем создавать в лаборатории новые клетки, а возможно, и новые органы.

Ученые могут использовать технологии стволовых клеток совместно с технологиями клонирования для того, чтобы выделять ДНК из клетки взрослого организма, помещать ее в яйцеклетку человека и получать при этом эмбриональные стволовые клетки, содержащие ДНК взрослой особи. Это позволит выращивать органы для замены ими поврежденных, не беспокоясь об отторжении имплантированной ткани организмом-реципиентом.

Недавно обнаружено, что некоторые клетки взрослого организма, по-видимому, хотя бы отчасти обладают способностью порождать стволовые клетки, характерные для эмбриона. Если такое действительно возможно, удастся устранить одно из этических препятствий на пути к использованию эмбриональных стволовых клеток — нам не придется разрушать эмбрион человека, чтобы получить эти клетки.

Ученые установили связь между стресс-индуцируемым гемопоэзом, возникновением повреждений ДНК в стволовых клетках крови, истощением их запаса и нарушениями в их функционировании. Оказывается, если в организме постоянно возникают инфекции или травмы, то постепенно в ДНК стволовых клеток крови накапливаются повреждения. Они приводят к истощению запасов стволовых клеток и, следовательно, к «старению» кроветворной системы. А в случае, если в системах репарации повреждений ДНК есть дефекты (как, например, при редком заболевании - анемии Фанкони), то истощение запаса стволовых клеток наступает гораздо быстрее.

Существует много разновидностей клеток крови (рис. 1). Каждый вид выполняет важные функции, но живут клетки крови сравнительно недолго: например, эритроциты живут около 120 дней, а лейкоциты - до нескольких месяцев. Для того чтобы постоянно пополнять запас выбывающих из строя бойцов, нужны кроветворные (их называют еще гемопоэтическими ) стволовые клетки (ГСК ). Популяция ГСК достаточно разнородна: клетки могут находиться на разных стадиях дифференцировки, то есть быть разной степени зрелости, могут обладать разным временем жизни, разной - краткосрочной и долгосрочной - регенеративной активностью, разными профилями экспрессии генов и разными эпигенетическими программами дальнейшей дифференцировки. В связи с этим среди стволовых кроветворных клеток особенно выделяют тип клеток с долгосрочной регенеративной активностью (ДР-ГСК ), то есть способных воспроизводить популяцию клеток крови на протяжении всей жизни организма .

Рисунок 1. Разнообразие клеток крови и их происхождение от общего предшественника - гемопоэтической стволовой клетки. Из нее образуются более зрелые, но всё еще способные к дифференцировке миелоидные и лимфоидные предшественники. Миелоидные клетки, постепенно дифференцируясь, дают начало тромбоцитам , эритроцитам, моноцитам (а с ними - макрофагам и миелоидным дендритным клеткам), эозинофилам, нейтрофилам, базофилам. Лимфоидные клетки порождают естественных киллеров, Т-клетки, В-клетки и плазмоцитоидные дендритные клетки. Рисунок с сайта .

Рисунок 2. Обнаружение двунитевых разрывов в активированных ДР-ГСК. Вверху - неповрежденное ядро контрольной клетки, не прошедшей стресс-индуцируемую активацию. Внизу - ядро активированной клетки, окруженное «хвостом» из кусочков поврежденной ДНК. Рисунок из .

В норме ГСК, как ценное сокровище, спрятаны в костном мозге, внутри твердых костей. Они покоятся в особых нишах, в нежной соединительной ткани, богатой сосудами . Такая серьезная защищенность ГСК от воздействия внешних факторов неслучайна: спонтанное повреждение ДНК этих клеток может привести к онкологическим заболеваниям или попросту к истощению запаса клеток крови - постепенному старению кроветворной системы и даже острому дефициту клеток (цитопении).

Немецкие исследователи под руководством Майкла Мильсома и их коллеги из Швейцарии, Австралии и США выяснили, что повреждение ДНК гемопоэтических стволовых клеток крови случается во время активной стимуляции этих клеток к выходу из состояния покоя . Активация ДР-ГСК может стимулироваться спектром вырабатывающихся организмом веществ, которые напрямую не приводят к повреждению ДНК: интерферонами , гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором , тромбопоэтином . Толчком к активации ДР-ГСК может стать и острая потеря крови. В своих экспериментах ученые имитировали заражение организма вирусной инфекцией, вводя мышам смесь полиинозиновых-полицитидиновых кислот для стимуляции выброса интерферонов: ведь известно, что интерфероны выделяются клетками организма именно в ответ на вторжение вируса. Затем ДР-ГСК извлекали, помещали в агарозный гель, лизировали и проводили электрофорез (такое исследование называется «метод ДНК-комет »). Отрицательно заряженная ДНК при приложении напряжения направляется к положительно заряженному электроду. Если ДНК повреждена, ее кусочки отрываются от ядра и под действием электрического тока образуют в геле так называемый «хвост кометы» (рис. 2). Именно так ученые обнаружили множество одно- и двунитевых разрывов ДНК в извлеченных стволовых клетках. О повреждениях ДНК свидетельствовало также появление в ДР-ГСК промежуточных белков и модификаций гистонов , необходимых для процесса репарации ДНК , то есть починки ее поломок.

Пожалуй, один из самых неприятных результатов разрывов ДНК - это последующая ковалентная сшивка двух ее цепей . РНК-полимераза во время транскрипции и ДНК-полимераза во время репликации не могут преодолеть такие структуры, а для их репарации необходима так называемая система репарации анемии Фанкони .

Большинство типов репарации ДНК не обходится без участия белков системы репарации Фанкони. Однако если часть репарационного пути вышла из строя, то починка повреждений осуществляется с помощью других систем репарации. И только ковалентные сшивки между цепями ДНК не поддаются починке в отсутствие белков системы репарации Фанкони .

Рисунок 3. Белки репарационного пути Фанкони и их участие в репарации повреждений ДНК. Киназа ATR активирует белки репарации FANCI, FANCD2, FANCA и, возможно, FANCG. Ферменты USP1 и UAF1 удаляют убиквитин с белков FANCD2 и FANCI, подавляя репарацию. Деградация белка FANCM происходит после его фосфорилирования в период митоза с помощью киназы Plk1 и последующего убиквитинилирования . FANCE деградирует после фосфорилирования киназой Chk1. Рисунок из .

И действительно, ученые заметили повышенный уровень экспрессии генов FANС и обнаружили скопления этих белков в клетках ДР-ГСК во время их стресс-индуцируемой активации. Кроме того, у мышей, которым была внесена делеция в ген белка FANCA (Fanca −/− ) и, соответственно, нарушения структуры ДНК не могли быть ликвидированы, количество повреждений было существенно выше, чем в клетках животных с нормальной системой репарации.

На самом деле причина возникновения повреждений ДНК при стрессовой активации ДР-ГСК точно не известна. Зато известно, что одной из причин возникновения ковалентных сшивок двух соседних нуклеотидов в ДНК являются активные формы кислорода . Свободные радикалы, которые образуются в митохондриях , способны «сшивать» структурные единицы белков, жиров и ДНК . Существует даже теория, в рамках которой считается, что активные формы кислорода именно за счет внесения сшивок в молекулы провоцируют образование морщин и другие формы старения организма . Так или иначе, ученые обнаружили, что в активно пролиферирующих ДР-ГСК митохондриальный мембранный потенциал повышается по сравнению с клетками в состоянии покоя, а это может приводить к значительному увеличению количества активных форм кислорода.

При активации ДР-ГСК с поврежденной системой репарации не в живом организме, а в чашке Петри, ученые наблюдали быструю гибель уже второго поколения стволовых клеток. Также выяснилось, что если активация ДР-ГСК клеток происходит неоднократно, то почти у 80% мышей Fanca −/− наступает апластическая анемия , в то время как у мышей с нормальной системой репарации заболевание не возникает. Таким образом, без действующей системы репарации запасы ДР-ГСК костного мозга истощаются. Более того, ДР-ГСК здоровых мышей после стимуляции их делений имели сниженную способность к трансплантации и производили неполноценные миелоидные клетки в организме мышей-реципиентов.

В результате, ученые предложили следующую модель (рис. 3). Когда ДР-ГСК находятся в состоянии покоя и делятся редко, их энергетические запросы невелики. Поэтому митохондрии работают в обычном режиме, и образования активных форм кислорода не происходит. При инфекционных заболеваниях или потере крови пул клеток крови пополняется за счет активации ДР-ГСК. В этот момент в клетках усиливаются окислительные процессы, образуются свободные радикалы, которые могут приводить к повреждениям ДНК . Сама ДНК в этот период тоже находится в уязвимом состоянии из-за активных процессов репликации (удвоения ДНК, предшествующего делению клетки). Если репарация повреждений ДНК неэффективна, то клетки погибают. Или выживают, но несут мутации. В здоровом организме каждый раунд стресс-индуцируемой активации приводит к гибели/старению/накоплению мутаций в небольшом количестве ДР-ГСК. Однако на протяжении всей жизни подобная активация клеток случается многократно. Это может привести к тому, что запас ДР-ГСК истощится, и они больше не смогут эффективно производить новые клетки крови. А если системы репарации работают плохо (речь идет в основном о белках Фанкони), то пул ДР-ГСК истощается стремительно, что ведет к старению кроветворной системы и ее неспособности выполнять свои функции.