Сигнальные функции активных форм кислорода в стволовых клетках многоклеточных организмов

Sinenko

Несмот­ря на извест­ное свой­ство актив­ных форм кис­ло­ро­да (АФК) как пато­ген­ных сво­бод­но-ради­каль­ных моле­кул в раз­ви­тии рака и дру­гих забо­ле­ва­ний, иссле­до­ва­ния послед­них двух деся­ти­ле­тий пока­зы­ва­ют, что АФК игра­ют важ­ную физио­ло­ги­че­скую роль в кле­точ­ных про­цес­сах и про­цес­сах раз­ви­тия мно­го­кле­точ­ных орга­низ­мов. Уче­ные Инсти­ту­та цито­ло­гии РАН (ИНЦ РАН) обоб­щи­ли опыт 20-лет­ней рабо­ты меж­ду­на­род­ных науч­ных лабо­ра­то­рий, кото­рые иссле­до­ва­ли раз­лич­ные физио­ло­ги­че­ские функ­ции АФК – важ­ней­ших участ­ни­ков кле­точ­ных про­цес­сов. Резуль­та­ты рабо­ты поз­во­ля­ют соста­вить целост­ную кар­ти­ну пони­ма­ния по каким меха­низ­мам дей­ству­ет АФК в ство­ло­вых клет­ках раз­ных тка­ней живых орга­низ­мов, и эти дан­ные поз­во­лят усо­вер­шен­ство­вать мето­ды полу­че­ния ство­ло­вых кле­ток для исполь­зо­ва­ния в меди­цине и фар­ма­ко­ло­гии. Обзор опуб­ли­ко­ван в науч­ном жур­на­ле Frontiers in Cell and Developmental Biology.

АФК, такие как пере­кись водо­ро­да (Н2О2) и суперок­сид-ани­он-ради­кал (О2-), посто­ян­но обра­зу­ют­ся в живых клет­ках и игра­ют роль меди­а­то­ров важ­ных внут­ри­кле­точ­ных сиг­наль­ных путей. Их нор­маль­ные функ­ции вклю­ча­ют регу­ля­цию раз­лич­ных про­цес­сов иммун­ной систе­мы, кро­ве­тво­ре­ния, реге­не­ра­ции и био­ло­гии ство­ло­вых кле­ток. Напри­мер, клет­ки кро­ви на месте повре­жде­ния сосу­дов начи­на­ют про­ду­ци­ро­вать АФК, что акти­ви­зи­ру­ет тром­бо­ци­ты, необ­хо­ди­мые для нача­ла про­цес­са зажив­ле­ния раны. АФК так­же запус­ка­ют регу­ли­ру­е­мую кле­точ­ную смерть (апо­птоз).

Так, мно­гие годы счи­та­лось, что накоп­ле­ние АФК в клет­ке ведет к необ­ра­ти­мо­му повре­жде­нию ДНК и кле­точ­ных бел­ков, что, в свою оче­редь, при­во­дит клет­ки к гибе­ли. Одна­ко иссле­до­ва­ния послед­них лет пока­за­ли, что суб­ле­таль­ные кон­цен­тра­ции АФК выпол­ня­ют важ­ные виталь­ные функ­ции в клет­ке. Дан­ный обзор пред­став­ля­ет собой обшир­ное иссле­до­ва­ние, сум­ми­ру­ю­щее резуль­та­ты науч­ных работ по изу­че­нию физио­ло­ги­че­ских функ­ций АФК в раз­лич­ных типах ство­ло­вых кле­ток и про­цес­сах раз­ви­тия мно­го­кле­точ­ных орга­низ­мов. Обзор поз­во­ля­ет сфор­ми­ро­вать у чита­те­ля ком­плекс­ное и целост­ное пред­став­ле­ние по дан­но­му вопросу.

Пуб­ли­ка­ция вклю­ча­ет резуль­та­ты более 200 науч­ных ста­тей по изу­че­нию функ­ций АФК, кото­рые были опуб­ли­ко­ва­ны в мире, начи­ная с нача­ла 2000-ых годов. Впер­вые полез­ные для кле­ток сиг­наль­ные функ­ции АФК были про­де­мон­стри­ро­ва­ны иссле­до­ва­те­ля­ми на хоро­шо мето­ди­че­ски осна­щен­ной и удоб­ной для гене­ти­че­ских иссле­до­ва­ний моде­ли муш­ки-дро­зо­фи­лы. Сего­дня объ­ек­та­ми иссле­до­ва­ния ста­но­вят­ся эмбри­о­наль­ные ство­ло­вые клет­ки и их инду­ци­ро­ван­ные ана­ло­ги мле­ко­пи­та­ю­щих и человека.

Послед­ние иссле­до­ва­ния пока­зы­ва­ют, что АФК необ­хо­ди­мы для регу­ля­ции мно­гих про­цес­сов кле­точ­ной жиз­не­де­я­тель­но­сти, про­ли­фе­ра­ции (роста), диф­фе­рен­ци­ров­ки, под­дер­жа­ния ста­ту­са ство­ло­вых кле­ток и регу­ля­ции актив­но­сти врож­дён­но­го кле­точ­но­го имму­ни­те­та. Пони­ма­ние того, как АФК вли­я­ют на про­цес­сы в ство­ло­вых клет­ках, в каких дозах, и как свя­за­но место их про­дук­ции с их сиг­наль­ны­ми функ­ци­я­ми в клет­ке – это важ­ные вопро­сы, реше­ние кото­рых поз­во­лит наце­ле­но воз­дей­ство­вать на инте­ре­су­ю­щие про­цес­сы в том чис­ле совер­шен­ство­ва­ния мето­дов полу­че­ния репро­грам­ми­ро­ван­ных ство­ло­вых кле­ток. В свою оче­редь, ство­ло­вые клет­ки, и в том чис­ле инду­ци­ро­ван­ные плю­ри­по­тент­ные ство­ло­вые клет­ки в пер­спек­ти­ве откры­ва­ют боль­шие воз­мож­но­сти для реге­не­ра­тив­ной меди­ци­ны: полу­че­ние раз­лич­ных видов тка­ней и орга­нов для транс­план­та­ции, и в дан­ных про­цес­сах необ­хо­ди­мо пони­ма­ние функ­ци­о­ни­ро­ва­ния АФК.

Кро­ме того, пони­ма­ние функ­ций АФК, в даль­ней­шем может помочь уче­ным най­ти опре­де­лен­ные фар­ма­ко­ло­ги­че­ские соеди­не­ния,
кото­рые поз­во­лят регу­ли­ро­вать коли­че­ство актив­ных форм кис­ло­ро­да и их место­на­хож­де­ние в клет­ке для управ­ле­ния кле­точ­ны­ми процессами.

В зна­чи­тель­ную часть обзо­ра вошли рабо­ты науч­ной лабо­ра­то­рии, в кото­рой в раз­ные годы про­во­ди­ли иссле­до­ва­ния уче­ные ИНЦ РАН. В том чис­ле в отде­ле Моле­ку­ляр­ной и кле­точ­ной био­ло­гии в Уни­вер­си­те­те Кали­фор­нии (Лос-Андже­лес) впер­вые была пока­за­на важ­ность АФК в про­цес­се регу­ля­ции кле­точ­но­го цик­ла и диф­фе­рен­ци­ров­ки https://www.nature.com/articles/nature08313 https://www.nature.com/articles/ng.2007.50., и про­де­мон­стри­ро­ва­на сиг­наль­ная функ­ция АФК мито­хон­дрии в регу­ля­ции кле­точ­но­го иммун­но­го отве­та и в пато­ге­не­зе остро­го лей­ко­за https://doi.org/10.1038/embor.2011.223 https://doi.org/10.1182/blood-2010–03-276998. Сей­час уче­ные ИНЦ РАН иссле­ду­ют зна­че­ния АФК для под­дер­жа­ния и диф­фе­рен­ци­ров­ки ство­ло­вых кле­ток мыши и чело­ве­ка.
Эти иссле­до­ва­ния, в том чис­ле, опи­ра­ют­ся на резуль­та­ты, полу­чен­ные ранее с помо­щью гене­ти­че­ской систе­мы дрозофилы.

 

Опубликовано: 1 ноября 2021