Рис.7. Симметричные митозы в ULLC в эпителии молочной железы крысы на 2-3 ч лактации. Это симметричный митоз, т.к. метафазная пластинка перпендикулярна базальной мембране. Срезы показывают, что у крыс эти клетки делятся ниже просвета. У мышей они могут контактировать с просветом во время митозов. Присутствие многочисленных капелек жира и органелл указывает на то, что клеточное деление и дифференцировка направлены на одновременное приобретение секреторной компетентности ULLC. C, конденсированные хромосомы; L, капельки жира; Lu, просвет; my, миоэпителиальная клетка; bm, базальная мембрана; Cd, поврежденная DLLC; E, эндотелиальная клетка капилляра. Черта = 1µm.
В эпителии молочных желез мышей выявляются кератины К14 и К8. Экспрессия К6 подтверждена шт мшмщ в небольшом проценте просветных эпиетелиальных клеток и в занчительно большем количестве в телах клеток активно растущих концов. Экспрессия К14 обнаруживатеся в базально расположенных агышащкь клетках, соответствующих расположению и образованию миоэпителия. Однако во время ранней беременности многочисленные К6/К14- позитивные просветные эпителиальные клетки обнаруживаются среди клеток вновь формируемых секреторных ацинусов. Затем количество этих клеток снижается вместе с затуханием роста долек. Во время предопухолевого роста эпителия молочных желез у мышей экспрессия К6 и К14 усиливается, подтверждая тем самым ассоциацию с пролиферацией эпителия. При гиперплазии протоков просветные клетки экспрессируют К6, но не К14, тогда как при лобулярной гиперплазии К6 и К14 экспрессируются одновременно просветными клетками. В культуре эпителиальных клеток молочных желез мышей постоянно экспрессируются эти кератины. Миоэпителиальные клоны экспрессируют, как и ожидалось, К14 и гладкомышчынй альфа-актин., тогда как просветные клоны экспрессируют К14, к18 и К19. К14 униформно экспрессируется во всех эпиетелиальных клетках первичных культур. Локализация К6-экспрессирующих клеток соответствует месту активной пролиферации в индивидуальных колониях эпителиальных клеток. Т. обр., К6 м.б. потенциальным маркером стволовых клеток в эпителии молочных желез мышей. Културы эпителиальных клеток молочных желез человека, происходящие из клеток, экспрессирующих CALLA, маркер миоэпителиальных клеток, стабильно экспрессируются К14 и альфа-актин, тогда как просветные (MUC-1)колонии экспрессируют К18 и К19. У мыши и человека только просветные колонии или клоны обнаруживают способность продуцировать различные фенотипы клеток молочных желез. Эти наблюдения указывают на то, что плюрипотентные эпителиальные клетки располагаются в популяции просветных клеток как у мыши, так и человека. Эти результаты согласуются с расположением недифференцированных клеток, описанных выше у грызунов и бледно-окрашиваемыми клетками со соходной ультраструктурой у человека.
Потенция стволовых клеток и старение
Стволовые клетки подвергаются старению и прекращают генерировать новые ткани. Стволовые клетки молочных желез теряют эту способность через 7 генераций. Если фрагменты стареющих молочных желез трансплантировать в хозяина, то при беремнности они неспособны продуцировать ветвящиеся протоки, но способны к развитию секреторных долек вдоль всей их длины. Следовательно, стовловые клетки могут терять свою компетентность продуцировать потомство, отвечающее на сигналы, индуцирующие рост протоков, но сохраняющие чувствительность к сигналам стимулирующим лобулярную дифференцировку. Показано, что способность стволовых клеток молочных желез давать лобулярных предшественников путем асимметрических делений терятся независимо от способности давать детерминированное к образованию протоков потомство во время старения стволовых клеок. Это м. объяснить существованием кажущихся бессмертными альволярных- и проток-доминирующих выростов молочных желез, обнаруживаетмых в химически трансформированных тканях молочных желез.
Много ли стволовых клеток?
Отдельные протоки и ассоциированные с ними дольки молочных желез у человека могут происходить из одиночной стволовой клетки. Показано, что потомство от одиночной клетки может дать популяцию клеток, дающих полностью сформированную лактирующую молочную железу мыши. Присутствуют все типы эпителиальных клеток, включая просветные, миоэпителиальные, протоковые и долько-детерминирующие предшественники и полностью компетентные стволовые клетки.
Kлональный анализ у химерных мышей показывает, что молочная железа может возникнуть минимум из 2-х родоначальных клеток. При трансплантации выявляется, что трансплантант содержащий нескоько тясяч эпителиальных клеток молочных желез м. давать выросты до 60 миллионов клеток, т.е. увеличение в 8500 раз. Моловероятно, что одна стволовая клетка могла бы симметрически делиться 25-27 раз и остаться все еще способной к самовозобновлению мультипотентным предшественником. Установлено, что у мышей клоногеной клеткой является одна из 2500 клеток. У крыс клетка способная к морфогенезу протоков прихзодится 1 на 20000, а способная к альвеолярному клоногенезу 1 на 950. Это позволяет определить средне-статистические число стволвых клеток равное 1000 в молочной железе мыши. Необходимо всего 11 симметричных делений единственной ранней клетки для продукции мультиптентного эпителиального набора.
Считается, что имеется три компетентных к делениям клеток и что две из них SLC и UKKC, м. давать миоэпителиальные клетки. Предполагается, что ULLC м. пердставлять собой функционально активные стволовые клетки, тогда как SLC могут представлять их молчащую форму. Установлено, что оба эти мофотипа участвуют в возникновении рака молочной железы.
Identity and dynamics of mammary stem cells during branching morphogenesis • Colinda L. G. J. Scheele,Edouard Hannezo, Mauro J. Muraro, et al.
Nature (2017)doi:10.1038/nature21046
Во время половой зрелости молочные железы мышей развиваются в сильно разветвленную эпителиальную сеть. Из-за отсутствия особых маркеров стволовых клеток, расположение, умножение, динамика и судьба стволовых клеток молочных желез mammary stem cells (MaSCs), которые управляют морфогенезом ветвления, неизвестны. В данной работе было показано, что мофогенез управляется с помощью пролиферативных терминальных концевых почек (terminal end buds; TEB), которые заканчиваются или раздваиваются почти с одинаковой вероятностью, стохастическим и неизменяемым во времени способом, приводя к созданию гетерогенной эпителиальной сети. Было установлено, что большинство клеток терминальных концевых почек функционируют как высоко пролиферативные, клон-детерминированные MaSCs, которые оказыаются гетерогенными в отношении профиля их экспрессии и кратковременного вклада в удлинение протоков. Однако, благодаря перестройке клеток во время бифуркации терминальных концевых почек, каждая MaSC способна активно вносить вклад в долговременный рост. Исследование показало, что поведение MaSCs не связано непосредственно с одним профилем экспрессии. Вместо этого, морфогенез базируется на клонально ограниченных гетерогенных популяциях MaSC, которые функционируют как одиночные равнопотентные пулы в течение длительного рвемени.
Cartoon depicting the proposed model of pubertal mammary ductal outgrowth. (1) Highly proliferative MaSCs are located in the TEB. (2) Progeny of border MaSCs are left behind as the TEB is pushed forward owing to proliferation. Early ductal cells lose self-renewal potential and undergo a limited number of cell divisions before exiting the cycle (forming a cluster). (3) During TEB bifurcation, MaSCs become randomly mixed, expanded and segregated between daughter TEBs, leading to subclonal enrichment and extinction. (4) Following TEB bifurcation, a fraction of TEBs terminate, while the remainder stay in the cycle, undergoing further rounds of branching and elongation.