PANCREATIC ORGANOGENESIS — DEVELOPMENTAL MECHANISMS AND IMPLICATIONS FOR THERAPY
Helena Edlund (helena.edlund@micro.umu.se) Nature Reviews Genetics3, No 7, 524-532 (2002)
The pancreas is a mixed exocrine and endocrine gland that controls many homeostatic functions. The exocrine pancreas produces and secretes digestive enzymes, whereas the endocrine compartment consists of four distinct hormone-producing cell types. Studies that further our knowledge
of the basic mechanisms that underlie the formation of the pancreas will
be crucial for understanding the development and homeostasis of this organ
and of the mechanisms that cause diabetes. This information is also
pivotal for any attempt to generate functional insulin-producing β-cells
that are suitable for transplantation
(Рис.1.) | The pancreas develops as evaginations of the primitive gut epithelium.
(Рис.2.) | The pancreas is a mixed exocrine and endocrine organ.
(Рис.3.) | Factors that stimulate proliferation of pancreatic cells.
(Рис.4.) | Early stages of pancreatic organogenesis.
(Рис.5.) | Nestin is expressed in pancreatic mesenchymal cells.
(Табл.1) | Transcription factors with a genetically described function during mouse pancreatic organogenesis
Поджелудочная железа является происходящим из энтодермы органом, который первоначально появляется в виде дермального и вентрального выростов первичного эпителия кишки. Панкреатические клетки предшественники присутствуют в этих ранних панкреатических зачатках, они пролиферируют и, по-видимому, дают все типы панкреатических клеток. Fibroblast growth factor receptor (FGFR)2b, с высоким сродством связывающий лиганд FGF10, связан с пролиферацией панкреатических эпителиальных клеток, а передача сигналов Notch контролирует дифференцировку панкреатических клеток посредстом латеральной ингибиции. В развивающейся поджелудочной железе активированный внутриклеточный Notch, по-видимому, необходим для поддержания клеток в состоянии предшественников, частично за счёт блокирования экспрессии neurogenin 3, а следовально, дифференцировки эндокринных клеток.
Получены доказательства, что одним из эффектов сохранения экспрессии Fgf10 в разивающейся поджелудочной железе является поддержание в активном состоянии Notch, это приводит к нарушению экспрессии neurogenin 3 (ngn3) в панкреатическом эпителии. Полученные данные подтверждают роль передачи сигналов FGF10/FGFR2b в регуляции пролиферации клеток и дифференцировки и что передача сигналов FGF10/FGFR2b затрагивает путь латеральной ингибиции с помощью Notch.
Индукция и формирование паттерна тканей и органов у многоклеточных организмов регулируются с помошщью внеклеточных сигналов, продуцируемых соседними клетками и тканями. Эти сигналы, которые контролируют спецификацию, пролиферацию, дифференцировку и гибель клеток, обеспечиваются молекулами, которые являются или растворимыми или связанными с мембранами и которые взаимодействуют с рецепторами или рецепторными комплексами, которые стимулируют внутриклеточные сигнальные пути, ведущие в большинстве случаев к изменению экспрессиии генов. Следовательно, сочетанное действие сигналов, таких как hedgehog (HH), bone morphogenetic protein/transforming growth factor-β (/), fibroblast growth factor (), (Wnt/Wg), Notch, nuclear factor-κB (NF-κB) и лигандов для G-protein-coupled рецепторов, по-видимому, контролирует большинство процессов, ведущих к образованию большинства органов.Каждое семейство сигналов и рецепторов состоит, однако, из множества членов, которые взаимодействуют др. с др. с разной специфичстью.
Эмбриональная поджелудочная желаза у позвоночных образуется из дорсального и вентрального выпячивани эпителия первичной кишки (Рис. 1). Эти два панкреатических зачатка растут, ветвятся и сливаются, образуя конечную поджелудочную железу. Экзокринная поджелудочная железа состоит из , которые продуцируют и секретируют различные переваривающие энзимы, такие как протеазы, липазы и нуклеазы (Рис. 2).Др. компонентом экзокринной поджелудочной железы является сильно разветвленный протоковый (ducta) эпителий, который транспортирует переваривающие энзимы и ионы bicarbonate в кишечник, где они участвуют в переваривании пищи. Эндокринная часть поджелудочной железы составляет ее малую часть и состоит из 4-х типов клеток — α-, β-, δ- и pancreatic-polypeptide cells — которые продуцируют гормоны , , somatostatin и , соотв. (Рис. 2). Эндокринные клетки образуют кластеры, наз. островками, в которых β-cells формируют сердцевину, которая окружается др. типами клеток. Из эндокринных клеток ~60–80% продуцируют инсулин, это β-клетки, 15–20% являются glucagon-продуцирующими α-клетками, 5–10% являются somatostatin-продуцитрующими δ-клетками и <2% являются панкреатическими-полипептид-продуцирующими клетками (Рис. 2). Инсулин высвобождается β-клетками в ответ на повышение уровня сахара в крови после приема пищи; это является сигналом для тканей-мишеней (печени, мышц и жира) принимать глюкозу. Кроме того, инсулин ингибирует продукцию глюкаозы в печени. Напротив, секреция глюкагона стимулируется низким уровнем сахара в крови. Глюкагон способствует глюкогенолизису в результате чего уровень глюкозы в крови снижается. Somatostatin и pancreatic polypeptide оказывают ингибирующие эффекты как на эндокринную, так и экзокринную секрецию поджелудочной железы.
Морфогенез и развитие поджелудочной железы хорошо охарактеризованы и изучена экспрессия панкреатических генов — в основном транскрипционных факторов — на разных стадиях развития. Промоторы, которые избирательно активны в разных популяциях панкреатических клеток и на разных стадиях развития также известны. В качестве модельных животных широко используются мыши.
Пациенты с и пациенты с тяжелыми формами могут извлекать существенную пользу от трансплантаций нормальных. функциональных β-клеток. Недавно разработаны новые протоколы для предупреждения отторжения трансплантантов и улучшения жизнеспособности трансплантированных клеток панкреатических островков, необходимых для нормализации уровня сахара в крови и лечения диабета. Однако такая терапия не имееет широкого практического распространения, из-за нехватки человеческих панкреатических островков или β-клеток. Перспектива использования подходов, базирующихся на стволовых клетках, претворится, когда in vitro удастся производить большие количества функциональных β-клеток.
Большая часть информации о молекулах, которые контролируют ораногенез поджелудочной железы, получена благодаяря генетическому анализу транскрипционных факторов (Табл. 1).
Необходимо достичь 4 ключевые цели: необходимо идентифицировать и выделеить стволовые или родоначальные клетки, которые обладают способностью само-обновляться и генерировать дифференцированной потомство; необходимо идентифицировать пролиферативные сигналы, которые м. распространяться родоначальными клетками и которые м. индуцировать дифференцуировку стволовых/родоначальных клеток, и сигналы, которые поддерживают жизнеспособность и корректное физиологическое состояние дифференцированных клеток. Выделение линии родоначальных панкреатических клеток позволит установить факторы, которые будут эффективно и воспроизводимо вести панкреатические стволовые клетки к созреванию в β-клетки.
Proliferation of pancreatic progenitors
В 1960s Golosow and Grobstein впервые показали, что как и у др. развивающихся органов, развитие поджелудочной железы зависит от эпителиально-мезенхимных взаимодействий. Они показали, что интектные панкреатические рудименты, которые у эмбрионов мыши появляются на эмбриональной ст. (E)11, распространяются, растут и образуют доли при культивировании in vitro. В таких условиях E11 панкреатический эпителий, отделенный от соседней мезенхимы и культивируемый отдельно, не способен к росту. Рекомбинация голого панкреатического эпителия с панкреатической мезенхимой восстанавливала in vitro рост и морфогенез панкреатического эпителия. Неожиданно, рекомбинация панкреатического эпителия с мезенхимой непанкреатического происхождения также способствовала в значительной степени росту in vitro панкреатического эпителия.
Это указывало на передачу сигналов от мезенхимы к эпителию, которые являются критическими для роста, морфогенеза и дифференцировки поджелеудочной железы. Ясно, что по крайней мере на этой стадии, признаки панкреатической принадлежности (identity) являются внутренне присущи панкреатическому эпителию. Однако важно отметить, что изучение перекрывающего действия различных типов мезенхимы в поддержании панкреатического развития были направлены в первую очередь на их способность поддерживать рост, ветвление и появление признаков ацинусов, таких как хранение гранул энзимов; в этих исследованиях отсутствовал детальный анализ экспрессии маркерных генов и относительного соотношения разных типов клеток. Тем не менее, мезенхимные сигналы, по-видимому, скорее разрешающие (permissive), чем инструктивные в отношении панкреатического развития. Golosow и Grobstein показали также, что факторы, продуцируемые мезенхимой, м. стимулировать панкреатический рост и мофрогенез в трансмембранных условиях (assay) — когда панкреатический эпителий отделен от мезенхимы мембраной — правда с меньшей эффективностью. Это указывает на то, что продуцируются секретируемые растворимые факторы, которые стимулируют рост и мофрогенез поджелудочной железы. Наблюдение, что прямой контакт между эпителием и мезенхимой более эффективен, указывает на то, что или концентрация фактора(ов) важна или, что и растворимые и связанные с мембранами факторы действуют вместе, гаранитируя эффективный рост и морфогенез панкреатического эпителия.
FGF and EGF signals.
Два семейства сигнальных факторов, epidermal growth factor () и fibroblast growth factor (FGF), связаны с эпителиально-мезенхимными взаимодействиями, которые лежат в основе развития некоторых органов. Эти два класса сигнальных факторов стимулируют также рост и морфогенез поджелудочной железы. Мыши, лишенные функционального гена ErbB1/ имеют слегка нарушенный панкреатический рост, хотя образующаяся в результате поджелудочная железа функционирует нормально. Существование дополнительных ErbB генов ErbB2–ErbB4 указывает на то, что слабые фенотипические отклонения у ErbB1/Egfr-мутантных мышей м.б. обусловлены функциональным перекрыванием. Недоразвитие поджелудочной железы у ErbB3 мутантов подтверждает такое функциональное перекрывание. Исследования in vitro показали, что EGF стимулирует на ст. E13.5 у крыс рост панкреатического эпителия, который лишен мезенхимы.
Передача сигналов FGF играет ключевую роль в эмбриогенезе мышей и участвует в развитии многих органов, которые зависят от эпителиально-мезенхимных взаимодействий, включая и поджелудочную железу. Выявлена потребность в FGF для функции β-клеток.
В культурах In vitro эмбриональных панкреатических элементов выявлен стимулирующий эффект различных FGF лигандов на клеточную пролиферацию в панкреатическом эпителии. Показано также, что передача сигналов через fibroblast growth-factor receptor-2b () стимулирует экзокринную дифференцировку. Более того, мыши, экспрессирующие доминантно-негативную форму Fgfr2b под контролем индуцибельного, повсеместно активного промотора , и мыши, у которых инактиврован , фактор высокого сродства к FGFR2b, имеют недоразвитую поджелудочную железу. Все это указывает на важную роль семейств сигнальных фактров EGF и FGF в стимулировании роста и мофрогенеза поджелудочной железы (Рис. 3). EGF и FGF факторы оперируют путем активации рецепторных тирозин киназ, как это делеают и некоторые др. факторы, такие как hepatic growth factor (),
nerve growth factor (NGF) и vascular endothelial growth factor ().
Члены семейств EGF и FGF экспрессируются в развивающейся поджелудочной железе или соседних тканях и стимулируют различные аспекты пролиферации и/или дифференцировки панкреатических клеток. HGF и VEGF, по-видимому, действуют скорее на уровне экспансии эндокринных и/или β-клеток скорее, чем стимулируя пролиферацию панкреатических стволовых клеток. Все сигнальные факторы, описанные выше, по-видимому, действуют также как пермиссивные скорее, чем инструктивные факторы в отношении панкреатического морфогенеза.
Помимо их роли в развитии поджелудочной железы передача сигналов FGF контролирует также функцию β-клеток и поддержание нормального уровня сахара в крови взрослых мышей. В поджелудочной железе взрослых и , вместе с лигандами , , , , и Fgf10 селективно экспрессируются в β-клетках, а ослабление предачи сигналов Fgfr1c у мышей в β-клетках вдет к диабету. Кроме того, передача сигналов интактного Fgfr1c необходима для нормальной постнатальной экспансии популяции β-клеток и для экспрессии glucose transporter type 2, который участвует в поглощении β-клетками глюкозы, и prohormone convertase 1/3, которая превращает proinsulin в активный инсулин, в зрелых β-клетках. Поэтому мыши с ослаблением передачи сигналов Fgfr1c страдают от нарушений распознавания глюкозы и нарушений превращения проинсулина. Все это указывает на то, что передача сигналов FGF необходима не только во время органогенеза поджелудочной железы, но и для функционирования взрослых β-клеток.
Notch signalling.
Др. важным сигнальным механизмом. который контролирует рост и дифференцировку панкреатических клеток является путь Notch. Исследования эктопической экспрессии neurogenin 3 () или внутриклеточного в ранних родоначальниках поджелудочной железы вместе с исследованиями мышей, дефицитных по Delta-like (), Rbp-jκ, Hairy-and Enhancer-of-split 1() и ngn3показали, что передача сигналов Notchконтролирует выбор между судьбой дифференцированных эндокринных- и родоначальных-клеток в развивающейся поджелудочной железе. Блокирование активации Notch рецепторов в ранних панкреатиыческих родоначальниках обусловливает высокий уровень экспрессии ngn3, который способствет ранней дифференцировке эндокринных клеток, снижая пролиферацию панкреатических клеток. Итак, активация передачи сигналов Notch важна для предупреждения преждевременной панкреатический дифференцировки родоначальных клеток, тем самым обеспечивается последующая пролиферация и морфогенез панкреатических родоначальных клеток (Рис. 3). Идентификация факторов, которые активируют и поддерживают высокие уровни активированных, внутриклеточных Notch, д.б. важной для экспансии родоначальных клеток.
Induction of pancreatic development
The role of the mesenchyme.
Wessells и Cohen установили, что инструктивные сигналы, необходимые для обеспечения инициации образования поджелудочной железы оперируют уже на ст.6–10-сомитов у мышей. С этой ст. достаточно ко-культивирования голой энтодермы с E11 панкреатической мезенхимой для гарантии панкреатического развития. Авт. подчеркивают, что индукция органогенеза поджелудочной железы происходит задолго до накопления панкреатической мезенхимы, которая образуется только после ст. 20 сомитов (Рис. 4). И снова, эти данные подтверждают пермиссивную — скорее, чем инструктивную — роль панкреатической мезенхимы в органогенезе.
Эта пермиссвная рроль подтверждается и нарушениями развития дорсальных частей поджелудочной железы у -мутантных мышей. Дорсальная панкреатическая мезенхима не образуется у Isl1-/- эмбрионов и это вызывает серьезное блокирование развития дорсальной, но не вентральной части поджелудочной железы. Несмотря на это развитие дорсальной части поджелудочной железы инициируется у Isl1-мутантных мышей, на это указывает экспрессия Ipf1/Pdx1 (pancreatic and duodenal homeobox gene 1) и др. ранних панкреатических маркеров, таких как и neurogenic differentiation (). Уровень экспрессии Ipf1/Pdx1, однако, на вид снижен в дорсальной части поджелудочной железы Isl1-/- эмбрионов по сравнению с тем, что у эмбрионов дикого типа на той же стадии развития или в вентральном зачатке Isl1-/- эмбрионов. Это указывает на роль панкреатической мезенхимы в обеспечениии высокого уровня экспрессии Ipf1/Pdx1 на ст. E9–E10. In vitro культурах дорсальных эксплантатов кишки от Isl1-/- эмбрионов развитие поджелудочной железы блокировано, на это указывает отсутствие дифференцировки экзокринных клеток. Рекомбинации Isl1-/- дорсальных панкреатических зачатков с эмбриональной мезенхимой — панкреатической или из области легкие-трахея — оказалось достаточно для восстановления развития дорсальной части панкреас Isl1-/- in vitro.
Signals from the notochord.
В то время, когда специфицируется судьба поджелудочной железы, дорсальная энтодерма находится в прямом контакте с хордой (Рис. 4). Следовательно, хорда м. слудить источником сигналов, индуцирующих развитие дорсальной части поджелудочной железы. In vitro эксперименты на культурах ранней энтодермы эмбрионов кур в отсутствии или в присутствии хорды показали, что хорда способствует развитию поджелудочной железы за счет действительно эксклюзивной экспрессии hh энтодермой. Но почему это затрагивает энтодерму только панкреатической области, а не др. областей энтодермы. Возможно, что сигналы от хорды являются в основном пермиссивными и что действительные индуктивные сигналы оперируют на более ранних стадиях и что они формируют паттерн энтодермы так, что только проспективная панкреатическая область способна отвечать на на сигналы от хорды инициацией панкреатического органогенеза.
In vitro эксперименты показали, что Fgf2 и activin-βB м. воспроизводить репрессию экспрессииhh и активацию Ipf1/Pdx1 и экспрессию инсулина в изолированной энтодерме эмбрионов кур. Негативный эффект FGF2 на развитие поджелудочной железы в изолированной вентральной энтодерме, полученной от ранних эмбрионов мыши, подтвержден, однако, это смазывает роль FGFs на ранних стадиях развития поджелудочной железы. Но развитие дорсального зачатка поджеледочной железы отличается от такового вентрального панкреатического зачатка по многим аспектам — напр., по дифференциальной потребности в гомеобоксном гене ; развитие дорсальной, но не вентральной части панкреас зависит от функции Hlxb9 (Табл. 1). Возможно, что спецификация и инициация дорсальной и вентральной панкреатических программ контролируется разными механизмами. Противоречивые результаты относительно роли FGFs в обеспечении ранних ступеней панкреатического органогенеза м. отражать слабость in vitro экспериментов.
Более того, эксперименты, проводимые на ранней энтодерме мышей, ставят под вопрос роль хорды в обеспечении панкреатического развития. Голая, дорсальная энтодерма, которая изолируется из эмбрионов мыши на ст. E8.25–E8.5 , неспособна генерировать клетки, которые экспрессируют Ipf1/Pdx1 и инсулин. Однако, на этой ст. развития, хорда тесно ассоциирует с и , следовательно, трудно отделима от энтодермы. При рекомбинации с др. тканями, такими как мезенхима латеральной пластинки, пупочная артерия иди дорсальная аорта, Ipf1/Pdx1- и инсулин-экспрессирующие клетки обнаруживаются в энтодерме мыши, тогда как при рекомбинации с экзогенными хордой генерированными клетками, экспрессируется только Ipf1/Pdx1. Итак, в противоположность наблюдениям, сделанным во время экспериментов с культивированием голой энтодермы эмбрионов кур, одна хорда не м. поддержать генерацию инсулин-экспрессирующих клеток, когда рекомбинируется с ранней энтодермой мышей. Это расхождение м. отражать механистические различия между эмбрионами мышей и кур в отношении панкреатического развития. Или же небольшое количество эндотелиальных клеток м.б. включено в в ко-культуры энтодермы и хорды кур.
Эти немногие эндотелиальные клетки м. оказаться достаточными для поддержания и генерации инсулин-экспрессирующих клеток.
Несмотря на расхождения между экспериментальными результатами, описанными выше, несомненно одно, что необходимо подтверждение роли этих тканей и их сигналов in vivo. Возможно, что в комбинации с др. факторами, хорда поддерживает развитие поджелудочной железы. Альтернативное мнение — что хорда вообще не влияет на развитие панкреас. Тем более, что все эти источники стгналов — хорда, дорсальная аорта, др. эндотелиальные клетки и мезенхима — все они действуют как пермиссивные скорее. чем инструктивные сигналыво время панкреатического органогенеза.
Pancreatic stem cells: actual versus possible
В 1980s годы происхождение панкреатических эндокринных клеток стало предметом множественных спекуляций. Основной причиной неопределенности, происходят ли панкреатические эндокринные клетки, как и acinar и ductal клетки, также из энтодермы кишечника, стало наблюдение, что т. наз. нейрональные маркеры — в частности, -синтезирующе энзимы — экспрессируются в эндокринных панкреатических клетках. Концепция нейроэктодермального происхождения панкреатических эндокринных клеток противоречила исследованиям, проведенным Rutter и др. и Le Douarin, которые в 1970s показали независимо др. от др., что панкреатические эндокринные клетки, подобно ацинарным и ductal клеткам, имеют энтодермальное происхождение.
Почти 20 лет спустя возникли сомнения относительно источника возникновения β-клеток. Это было связано с исследованиями белка промежуточных филамент .
Nestin экспрессируется в недифференцированных нейрональных родоначальных клетках во время развития ЦНС и он экспрессируется также в некоторых др. тканях, включая и поджелудочную железу. In vitro исследования nestin-экспрессирующих клеток, полученных из изолированных панкреатических островков, показали, что эти представляющие собой родоначальные клетки, м. дифференцироваться и в эндокринные и экзокринные клетки. На основании этих наблюдений McKay и др., используя embryonic stem (ES) клетки мышей, сделали попытку получить инсулин-продуцирующие клетки. Был использован протокол для выбора нестин-позитивных клеток из ES клеток , описанный ранее для генерации нейронов. Однако, клетки, полученные таким образом, экспрессировали очень низкие уровни инсулина и не экспрессировали ключевой для β-клеток фактор, Ipf1/Pdx1. Этот транскрипционный фактор обычно экспрессируется в зрелых панкреатических β-клетках и необходим для экспрессии инсулина, процессинга и регулируемой глюкозой секреции инсулина.
Какого типа клетки продуцируются из ES Ipf1/Pdx1-негативных клеток, которые экспрессируют низкие уровни инсулина? Скорее всего, что это клетки нейрон-подобного клона, которые экспрессируют низкие уровни инсулина. В самом деле, клеточная морфология происходящих из ES, инсулин-продуцирующих трансплантированных клеток напоминала морфологию нейронов скорее, чем панкреатические эндокринные клетки. Идея, что нейроны м. экспрессировать инсулин не является неожиданной, если учесть, что нейроны экспрессируют большие количества транскрипционных факторов — таких как Neurod/BETA2, Isl1, paired box gene 6 (), Nkx2.2 и — которые экспрессируются также в инсулин-продуцирующих клетках. Действительно, нейроны м. экспрессировать инсулин, на это указывает экспрессия SV40 T-антигена под контролем инсулинового промотора в развивающейся нервной системе трансгенных мышей. Более того, описаны случаи, при которых пациенты с опухолью головного мозга нейроэктодермального происхождения страдали от тяжелой гипогликемии и гиперинсулинемии. Такие опухолевые клетки оказались компетентными не только активировать экспрессию инсулиновго гена, но и, по-видимому, способны секретировать инсулин. Следовательно, клетки нейроэктодермального происхождения обладают способностью продуцировать и секретировать инсулин. Значит, идентичность in vitro-полученных инсулин-продуцирующих клеток, которые обнаруживаются в , полученных из ES клеток или в , когда инсулиновые промоторы управляют экспрессией маркера neomycin, нуждаются в строгом анализе.
Клетки, экспрессирующие нестин, несомненно присутствуют м развивающейся и взрослой поджелудочной железе, но они соответствуют мезенхимным клетками, которые первоначально окружали зачаток поджелудочной железы, а позднее оказались диспергировннрыми между ветвящимися эпителиальными клетками (Рис. 5). Фактически, эпителий всего ЖКТ окружен мезенхимой, которая состоит из нестин-позитивных клеток.
Более того, в течение всего развития и у взрослых, маркеры и панкреатических предшественников и дифференцированных панкреатических типов клеток экспрессируются в эпителиальных клетках, которые не экспрессируют нестина. Итак, нестин не экспрессируется в панкреатических эпителиальных клетках и , следовательно, не м.б. маркером панкреатических типов клеток.
Наблюдения, описанные выше, вместе со сходством между панкреатическими эндокринными клетками и нейронами, убеждают относиться с крайней осторожностью и строгостью при анализе экспрессии маркерных генов при попытках генерировать β-клетки из стволовых клеток. Взрослая поджелудочная железа, по-видмому, обладает некоторой способностью, хотя и ограниченной, регенерировать в ответ на болезни, такие как диабет и панкреатит, или на некоторые формы повреждения ткани. Многие годы исследуется неогенез β-клеток, индуцируемый таким образом. Сущестование стволовых клеток во взрослой панкреас до сих пор остается под вопросом, а трансдифференцировка взрослых протоковых и/или ацинарнцх клеток остается альтернативным механизмом, с помощью которого возможен неогенез β-клеток. Однако, настоящий заменитель функциональных β-клеток существует: гомеобоксный ген Ipf1/Pdx1 экспрессируется на высоком уровне не только во взрослых β-клетках, но он также является криитическим для функции β-клеток и мышей и людей.
Maturity-onset diabetes of the young () является моногенной формой диабета у людей, которая возникает в результате дисфункции β-клеток скорее, чем резистентности к инсулину. Гетерозиготность по nonsense мутации гена у людей связана с . Сходным образом, инактивация Ipf1/Pdx1 в β-клетках у взрослых мышей ведет к диабету. Хотя Ipf1/Pdx1 экспрессируется в клетках развивающейся и , он не без труда экспрессируется в нейронах и , следовательно, м.б. использован не только как ключевой индикатор функциональности β-клеток, но также и для выявления различий между панкреатическими β-клетками и нейронами. Дальнейшие гены, которые, как было показано, необходимы у людей и мышей, чтобы гарантировать функциональность β-клеток, являются 5 др. MODY генов: glucokinase (; ), hepatocyte nuclear factor-1α (; ), HNF1B (), () и /BETA2 (). Вместе с Ipf1/Pdx1 (MODY4), эти гены являются основными ключевыми молекулярными маркерами зрелых β-клеток (Табл. 1).
Conclusions
Терапия с помощью замещения клеток является привлекательным подходом для лечения различных боелзней, включая б-ни и , диабеты, анемии, аутоиммунные заболевания, лейкемии и СПИД. Уже сегодня трансплантации костного мозга являются рутинной терапией. Однако, заместительная терапия, базирующаяся на стволовых клетках остается скорее фантазией, чем фактом до тех пор, пока мы не сможем эффективно и воспроизводимо гарантировать, что сможем генерировать in vitro стабильные и полностью функциональные клетки. Идентификация внутренних и внешних факторов, механизмов, с помощью которых различные факторы контролируют развитие поджелудочной железы и генерации функциональных β-клеток, а также идентификация маркеров панкреатических стволовых клеток станут фундаментальными для перспективы получения инсулин-продуцирующих панкреатических β-клеток, которые будут пригодны для трансплантации пациентам с диабетом. Изучение органогенеза панкреас предоставляет информацию о ключевых внешних факторах, которые м.б. использованы в in vitro-based системе стволовых клеток для стимуляции спецификации энтодермальных и/или панкреатических стволовых клеток.
