Дифференцированные клетки взрослого организма отличаются друг от друга
реклама
Дифференцированные клетки взрослого организма отличаются друг от друга строением и функцией. Они значительно отличаются временем жизни. Некоторые из них, например, эпителиальные, живут около двух дней. Клетки крови живут несколько больше, их время жизни составляет несколько месяцев. Нервные клетки обычно живут столько, сколько и сам организм. Если нервные клетки погибают, то их заменить могут лишь стволовые нейробласты, сами же нервные клетки не делятся. Хотя при определенных стимулирующих воздействиях ядра этих клеток могут удвоиться. При потере же части клеток печени (как это бывает при хирургическом вмешательстве, отравлениях и некоторых болезнях) происходит полное восстановление нормального числа клеток как за счет деления оставшихся, так и за счет размножения стволовых клеток печени. Эти клетки в отличие от гепатоцитов имеют диплоидный набор хромосом и, повидимому, представляют один из резервуаров мезенхимальных стволовых клеток, способных при стимуляции давать многие линии стволовых клеток. Известно, что часть кроветворных способностей организма сосредоточена в эмбриональной печени, сывороточные белки синтезируются там же. Печень является биохимическом центром всего организма и многие метоболиты и ростовые факторы синтезируются именно в ней. Многие пути обмена базируются в гепатоцитах, и это дает возможность стволовым элементам печени переходить в другие кластеры стволовых клеток такие, как кроветворные стволовые клетки хряща, кости и жира. Эта пластичность стволовых клеток печени обычно не проявляется, так как они находятся в окружении гепатоцитов, и только во время регенерации их возможности проявляются, так как часть клеток покидает печень и переходит через кровяное русло в другие части тела. Поддержание постоянного количества дифференцированных клеток крови за счет их деления невозможно, так как эритроциты млекопитающих лишены ядра, а лейкоциты за счет их специализации, составляющей существо иммунитета в норме, не делятся. Также не способны к делению и перегруженные кератином клетки поверхностных слоев эпителия кожи и эпителиальные клетки, выстилающие поверхность ворсинок кишечника. Стволовые клетки в силу своей плюрипатентности дают множество клеточных типов. Это делает их главным восстановительным резервом организма. С участием стволовых клеток происходит восстановление тканей и замещение возникающих дефектов. Особенно поражает присутствие стволовых клеток в центральной нервной системе. Известно, что нервные клетки утрачивают способность к размножению уже на стадии нейробластов. Стволовые клетки в ответ на различные повреждения нервной ткани начинают делиться с последующей дифференцировкой в нервные и глиальные клетки. Стволовые клетки, находящиеся в мозгу, могут давать и другие производные (1). Поддержание нормального числа специализированных клеток происходит путем их постоянной детерминации в необходимом направлении из менее специализированных стволовых клеток. В различных органах содержится запас таких клеток. Их число поддерживается делением ограниченным пределом Хейфлика и составляет около 70-80 удвоений, в отличие от плюрипатентных, не имеющих такого ограничения. Представим себе дерево, ствол которого представляют плюрипатентные клетки, боковые сучья – это мультипатентные клетки, мелкие ветки – полипатентные, а листья – это клетки, которые после нескольких делений превращаются в терминально дифференцирующиеся клетки, которые вскоре погибают. Это схема дала название термину «стволовые клетки». Разные стволовые клетки почти невозможно отличить друг от друга или от клеток только начавших свою дифференцировку. В случае эпителия кожи и кишечника эта задача решается проще и не требует специальных методов. Стволовые клетки кожи находятся в нижнем базальном слое, лежащем на мембране, отделяющей эпителий от соединительной ткани. Одна стволовая клетка делится несколько раз и образует на базальном слое группу из 8-10 клеток, которые, смещаясь к поверхности кожи, образуют 1 роговую чешуйку (2). Процесс дифференцировки кишечного эпителия и кожи схож. Однако в ворсинках эпителия дифференцировка происходит в нескольких направлениях. Основным видом являются каемчатые клетки. Встречаются также бокаловидные клетки, выделяющие слизь, энтероэндокринные клетки, клетки Пеннета. Все они дифференцируются из одних и тех же стволовых клеток, каждая из которых может дифференцироваться в одном из четырех направлений или же останется стволовой. Благодаря своей пластичности клетки могут дифференцироваться в любом направлении в одной из этих специализаций. У клеток крови эта специализация захватывает и клетки-предшественники. Многие колонии стволовых клеток крови дифференцируются только в колонии красного ряда - эритроциты, некоторые только в клетки белого ряда - лейкоциты, а в некоторых образуются и те и другие. Примечательно то, что если клетки такой колонии (например красной) снова ввести в кровь облученной мыши, то в её селезенке и костном мозге снова появятся «красные», «белые» и смешанные колонии. Из этого следует, что стволовые клетки, образующие колонию и сохраняющиеся в ней, способны дифференцироваться в разных направлениях, и эта пластичность передается в непрерывном ряду стволовых клеток (2). Случаи трансдетерминации стволовых клеток наблюдаются в развитии тканей глаза: оказавшаяся в глубине часть глазного бокала дифференцируется в сетчатку, а оставшаяся снаружи – в пигментный эпителий. Искусственные нарушения развития глаза приводят к трансдетерминации стволовых клеток сетчатки в пигментный эпителий и наоборот. У мультипатентных стволовых клеток органов различной специализации тоже есть спектр возможностей переходить из одной групппы стволовых клеток в другую. Например, стволовые клетки крови могут дать начало стволовым клеткам эпителия кровеносных сосудов. Диплоидные овальные клетки печени могут при стимуляции дать начало полипатентным мезенхимальным клеткам, производящим некоторые виды стволовых клеток (3). Эмбриональные клетки с высоким потенциалом к развитию сохраняются и во взрослом организме. Они составляют важнейшее звено в цепи репаративных процессов, о чем ранее и не догадывались. Так 1977 году Л. И. Корочкин описал наличие эмбриональных клеток в печени взрослой мыши, но тогда никто не предполагал, что они обладают столь высоким потенциалом и принимают активное участие в репарации и регенерации истощенных и утраченных структур организма. Изменилась и схема регенерации и репарации. Рис.1. (4) Рис. 1 Репарация и регенерация клеток Старая схема. Зрелая клетка Камбиальная клетка Структуры организма Дифференцирующаяся клетка Новая схема стволовая клетка Зрелая клетка Камбиальная клетка Дифференцирующаяся клетка Структуры организмма стволовая клетка В ходе клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские клетки остаются стволовыми, что необходимо для поддержания их популяции, а дочерние клетки специализируются в камбиальные клетки, либо непосредственно переходят в дифференцированные клетки. Стресс приводит к большому переходу стволовых клеток в дифференцированное состояние и тем самым сильно истощаются их запасы. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток – плюрипатентность, а камбиальная эту способность утрачивает и производит лишь региональные структуры. Стволовые клетки печени обеспечивают регенерацию повреждённых органов и тканей, лечение заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии. Принято разделять стволовые клетки на эмбриональные и региональные стволовые клетки органов взрослых особей, которые сохраняют свойства эмбриональных клеток, о чем свидетельствуют обнаруженные в них белковые маркеры. Эти клетки печени открытые Л. И. Корочкиным способны к регенерации и стимуляции омоложения за счет миграции в организм. Омоложение организма крыс, которое приводит к стимуляции размножения престарелых крыс, осуществляется за счет резекции 1/3 печени и введения стимуляторов стволамина и тимолина. Об омоложении судили по критерию восстановления репродукции (5). Для опыта были взяты самки крыс весом 340 + 20 грамм в возрасте 15 мес. В каждой группе было по 5 крыс. Всего было 4 группы крыс, животным 1-й, 2-й и 3-й групп была произведена резекция 1/3 части печени под общим наркозом по методу Андерсона. Крысам 2-й группы через 48 часов после удаления части печени была произведена однократная инъекция 1 мл тимолина + 18% стволамина через 48,96 и 144 часа. Талица 1. Условия проведения опыта (6). Группы Варианты опыта 1-я Резекция 1/3 печени 2-я Резекция 1/3 печени Однократная инъекция 1 мл тимолина + 1 мл 18% стволамина через 48 часов после операции 3-я Резекция 1/3 печени 4-я контрольная Трехкратное введение 1 мл тимолина + 1 мл 18% стволамина через 48, 96 и 144 часа после операции - Через 20 дней после проведенной операции крысы каждой группы посадили в одну клетку с самцами для случки. Самки находились в контакте с самцами в течение двух месяцев. По окончании срока оказалось, что во второй группе одна самка родила 5 крысят, что в среднем составляет по 1 крысёнку на самку. А третьей группе опыта также у одной самки появилось 12 крысят, что в среднем составляет 2,4 крысёнка на самку. У животных первой и контрольной групп беременностей не наблюдалось. Таблица 2. Результаты эксперимента сведены в таблице Варианты опыта 1 – я группа 2-я группа 3-я группа 4-я группа Резекция Резекция 1/3 печени. Резекция 1/3 печени. Три контрольная 1/3 печени Однократно 1 мл тимолина введения 1 мл тимолина + 1 + 1 мл 18% стволамина мл 18% стволамина Число самок 5 5 5 7 Число крысят - 5 12 - Следовательно, резекция части печени в сочетании с инъекций тимолина и стволамина вызывает размножение стволовых клеток печени, что, помимо быстрой регенерации её, вызывает их миграцию в организм крыс. После чего клетки за счет пластичности их дифференцировки детерминируются в те клетки, в которых имеется нужда и в результате чего наблюдается омоложение организма престарелых крыс, подтверждением чего является восстановление воспроизводительной функции у крыс. Выводы. 1. Резекция 1/3 печени без введения стимуляторов роста клеток не вызывает омоложения. 2. Резекция 1/3 печени в сочетании с однократным введением тимолина и стволамина вызывает омолаживающий эффект выражающийся в рождении потомства. Резекция 1/3 печени в сочетании с трёхкратным введением тимолина и стволамина вызывает усиление омолаживающего эффекта.