Поддержание физической организации установившихся ниш возможно является активным и важным процессом; однако, сигналы. управляющие им, не установлены. Косвенные доказательства указывают на то, что ephrins, важные медиаторы структурных границ в нервной и сосудистой ткани, могут участвовать. по крайней мере. в одной системе стволовых клеток. Градированная экспрессия ephrin B1 и реципрокно его трансмембранных тирозин киназных рецепторов, EphB2 и EphB3, как было показано, организуют кишечные эпителиальные клетки мышей
. Нарушение экспрессии рецепторов ведет к аберрантной организации клеток крипт и ворсинок, включая клетки промежуточной позиции между ними, которые определяются как стволовые клетки. Измененная топографическая ориентация примитивных и созревающих клеток приводит к полиплоидным выростам. Следовательно, важно вычленять молекулярные события, обеспечивающие архитектурную организацию ниш, в частности рассматривая, как элементы ниш могут участвовать в разрегулированном росте в опухолях.
Клетки, матричные гликопротеины и трехмерные пространства создают ультраструктуру для ниш стволовых клеток. Контакты между этими элементами делают возможными молекулярные взаимодействия, которые являются критическими для регуляции функции стволовых клеток. Секретируемые белки позволяют оценить паракринное измерение контроля, но небелковые компоненты локальных микроусловий также влияют на функцию стволовых клеток. Один такой участник был изучен для гематпоэтических ниш, исходя из необычного минерального состава соседней кости, в которой располагается, по крайней мере, часть стволовых клеток. Было предположено, т.к. endosteal поверхность является местом ремоделирования кости, а остеобласты и остеокласты часто ко-локализуются, то известные высокие концентрации ионов кальция, которые существуют вблизи активных остеокластов, могут влиять на функцию стволовых клеток. Остеобласты экспрессируют receptor-activator of nuclear factor-B ligand (RANKL), который является существенным для дифференцировки остеокластов и тем самым для близости остеобластов и остеокластов. В месте активного ремоделирования кости наблюдались концентрации ионов, которые драматически превосходили сывороточные уровни и варьировали в зависимости от активности остеокластов. Клетки ощущают внеклеточный ионный кальций посредством семь раз пронизывающего мембрану calcium-sensing receptor (CaR). Этот G-protein-coupled рецептор, как было установлено, экспрессируется популяцией, обогащенной стволовыми клетками, гематопоэтических клеток костного мозга, также как и избранным субнабором зрелых гематопоэтических клеток34. Стволовые клетки мышей, генетически преобразованные в CaR дефицитные, обнаруживают заметную аномальную способность к внедрению костного мозга. Они функционально нормальны в печени и селезенке плодов, но не способны попадать или пребывать в endosteal нише. Простые молекулы, включая неорганические ионы, могут вносить вклад в функционирование ниш.
Метаболические продукты, такие как кальций, которые влияют на поведение стволовых клеток в нише, скорее всего представлют собой размерность контроля стволовых клеток, что позволяет клеткам отвечать на варьирующие условия в состоянии ткани. Напр., оксидативный стресс заметно влияет на функцию стволовых клеток. В условиях, при которых индуцируется дефицит 'ataxia telangiectasia mutated' (ATM), reactive oxygen species (ROS) накапливаются в HS клетках костного мозга
35. Это ассоциирует с повышенными уровнями cyclin-dependent kinase ингибитора, ассоциированного со старением, p16INK4a, и с доказательствами заметного снижения функции стволовых клеток. Модифицирование ROS с помощью антиоксидантов редуцирует p16INK4a и восстанавливает функцию стволовых клеток. Задачей оксидативных стрессов, следовательно, скорее всего, является изменение судьбы стволовых клеток. Изменение локальных метаболических условий отражает состояние ткани и тем самым может предоставлять информацию в реальном времени, чтобы модулировать функцию стволовых клеток. Слежение за метаболизмом, скорее всего, и является механизмом, с помощью которого стволовые клетки оценивают 'нужды' ткани или организма (Fig. 2).
What changes in a niche?
Экспериментальная проверка системных сигналов к нишам может включать измерение количества или пролиферации стволовых клеток. Однако, гематопоэтическая система предоставляет дополнительный признак, трафик стволовых клеток, который может быть квантирован, что делает его привлекательной экспериментальной моделью. Поступление и выход стволовых клеток из ниш является важным компонентом функции гематопоэтических ниш, которые существенны для развития и персистенции взрослых.
Формирование крови в раннем развитии происходит в самостоятельных вне-эмбриональных и эмбриональных сайтах. Желточный мешок, aorto-gonadomesonephros (AGM), плацента и печень плода участвуют в эмбриональном и дефинитивном гематопоэзе во временной последовательности. Ранняя продукция гематопоэтических клеток происходит с очевидной независимостью в желточном мешке и AGM областях. Когда печень плода становится источником продукции кровяных клеток, то это происходит благодаря действительной миграции клеток из AGM или плаценты. Сходным образом, когда переходит гематопоэз в костный мозг, то миграция скорее, чем генерация de novo, как полагают, является критической. Это нагляднее всего у мышей, генетически дефицитных по CaR, или по chemokine CXCL12 или соотв. его рецептору CXCR4, который обычно продуцируется HS клетками печени плода, но не способен перемещаться с гематопоэзом в пространство костного мозга34,36,37. Эти фенотипы обусловлены неспособностью HS клеток перемещаться в ниши костного мозга.
Миграторная природа HS , следовательно, является фундаментальной для их онтогенетической программы и остается в действии и у взрослых. HS клетки обнаруживаются в крови даже в условиях гомеостаза у мышей и, как это было подсчитано на базе несовершенных измерений, у людей. Эти количества могут быть драматически модифицированы на базе стимуляции с помощью некоторых цитокинов, включая granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), granulocyte-macrophage (GM)-CSF и interleukin-8 (IL-8). Кинетика мобилизации с помощью этих факторов заметно варьирует, отражая различия в механизмах; однако, один механизм не был оценен вплоть до последнего времени - это способность G-CSF модифицировать клетки ниш. G-CSF способен изменять активность остеобластов в достаточной степени, чтобы редуцировать продукцию CXCL12, несмотря на отсутствие G-CSF рецепторов на этих клетках38. Было открыто, что мыши с измененной функцией симпатической нервной системы лишены способности мобилизовать стволовые клетки из костного мозга в ответ на G-CSF39. Входящий сигнал симпатической нервной системы или индуцируется с помощью G-CSF или с помощью нейральных антагонистов, он модулирует нишу в достаточной степени, чтобы изменить локализацию стволовых клеток. Т.к. нервная система прирожденно circuit способна соединять анатомически несравнимые ткани, эти исследования показывают на потенциальный способ, с помощью которого стволовые клетки могут быть способны 'ощущать' изменения в состоянии ткани или организма. Если имеются изменения, такие как дистантные повреждения, то нервные соединения могут обеспечивать реакцию даже на уровне стволовых клеток.
Помимо нервной системы, очевидным способом снабжения локальных сайтов с информацией от удаленных мест является кровеносная система (Fig. 3). HS клетки могут непосредственно эксплуатировать доставку с кровью сигналов, чтобы 'осуществлять осмотр' на расстоянии и некоторые др. типы стволовых клеток могут делать то же самое40-42. Скорее всего, имеет место физическая ассоциация стволовых клеток с микроваскулатурой. В ходе развития ко-локализация эндотелиальных клеток и популяций предшественников из ткани таких разнообразных предшественников, как панкреас, сердце, головной мозг, печень, надпочечники, кости и кровь отражает потенциал регуляторных сигналов, генерируемых с помощью эндотелия или формирующейся васкулатуры, чтобы повлиять на судьбу примитивных клеток (rev. 43). Гиппокамп взрослых продолжает генерировать нейроны из популяции предшественников в околососудистых локусах, которые содержат пролиферирующие нейральные предшественники, ангиобласты и глиальные клетки7. Эта область была названа 'angiogenic niche'. Сходным образом HS клетки наблюдались в обилии в тесной физической ассоциации с микрососудами костного мозга8. Места на таких сосудах, где примитивные клетки закрепляются и подвергаются diapedese, по-видимому, очень прерывисты и функционально отличаются обильной экспрессией CXCL12 и E-selectin44. Хотя клетки, по-видимому, располагаются здесь, но только косвенные данные подтверждают, что это представляет собой место, которое регулирует функцию стволовых клеток скорее, чем служит перевалочной станцией для высоко мобильных клеток. Возможно, что околососудистые сайты на самом деле являются нишами, в настоящее время данные о функции, которые необходимы для поддержания этого заключения отсутствуют для стволовых клеток. Гематопоэтические клетки, как известно, регулируемые в ассоциации с сосудами костного мозга, являются предетерминированными предшественниками45.
Хотя ассоциация с микрососудами является интуитивно неотразимым средством для стволовых клеток, чтобы быть в среде, где сигналы для всей системы могут быть собраны, точные компоненты васкулатуры, которые влияют на стволовые клетки, всё ещё неясны. В некоторых условиях, таких как пролиферация островков клеток, базальная мембрана может снова предоставлять регуляторную информацию46. Эндотелиальные клетки используются, как непосредственные индуцирующие нейральные предшественники активации Notch, приводя в результате к пролиферации и дифференцировке клеток способом, который не годится для сосудистых гладкомышечных клеток47. Pericytes, окружающие эндотелий, могут вносить вклад в регуляцию стволовых клеток и были обнаружены в тесной ассоциации с мезенхимными стволовыми клетками48. Эндотелий, перициты и окружающие гладкомышечные клетки все они являются кандидатами на участие в околососудистых нишах для нормальных стволовых клеток. Они могут также вносить вклад в фокусы опухоль-инициирующих или раковых стволовых клеток благодаря чувствительности к разносимым кровью метастазам. Установлено, что такой сайт может оказываться более приемлемым для укоренения роковой клетки, если модифицирован с помощью внутрисосудистой поставки происходящих из костного мозга vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2)-позитивных клеток49. Идея, что ниши стволовых клеток могут быть модифицированы или созданы экспериментально подтверждена также и на др. системах.
В условиях стресса, такого как фиброз пространств костного мозга, развивается экстрамедулярный гематопоэз у людей и мышей. Места, такие как селезенка, могут повторно возбуждать развитие рудиментов (особенно у мышей, у которых селезенка является гематпоэтическим органом) или вовлекать совершенно новые сайты, такие как лимфатические узлы или мягкие ткани. Они, по-видимому, функционируют как регуляторные ниши для стволовых клеток. Экспериментально ниши могут быть сгенерированы путем изменения экспрессии одиночных генов. Стабильно экспрессируемый β-catenin под контролем специфичного для эпидермы промотора, дает
de novo генерацию волосяных фолликулов с соотв. сопутствующим пулом стволовых клеток
50. Следовательно, ниши не являются статичными в функции и числе и могут создаваться или меняться в специфических условиях.
What can a niche change?
Изменчивость в количестве и функции ниш ставит вопрос, могут ли такие модификации участвовать в болезненных состояниях или быть индуцированы. чтобы достичь терапевтического эффекта. Хотя изменение функции нормальных стволовых клеток безусловно является одним из потенциальных эффектов изменения динамики ниш, др. более угрожающая возможность выяснена из уроков, преподанных дрозофилой. Экспериментально индуцированная вакансия стволовых клеток в нише овариальных зародышевых стволовых клеток не ведет к немедленной потере структурной интегральности или потенциала ниш. Скорее, пустые ниши могут быть оккупированы соматическими клетками и если терминально не дифференцированы, то эктопическая пролиферация может быть гарантирована
51. Более того, измененная экспрессия продукта ниш, такого как DPP, м. индуцировать более зрелые популяции предшественников (cystocytes у Drosophila), чтобы ревертировать к фенотипу стволовых клеток
52. Состояние стволовых клеток может использовать преимущества более зрелых клеток. Хотя ни один из этих сценариев не был исследован в системах позвоночных, эти механизмы предсказуемо д. приводить к вызываемым нишами болезням. В самом деле, изменения клеток, чтобы приобрести более stem-like признаки, согласуются с недавними приложениями биологии стволовых клеток в попытке понять рак. Парадигма стволовых клеток может дать больше, чем сейчас средств для понимания, как злокачественная ткань организована и как рак может быть модифицирован с помощью специфических микроусловий. Это открывает реальную возможность, что ниши с дисфункциональными микроусловиями могут вносить вклад в возникновение болезни (Fig. 4).
Modifying the niche
Если ниша является динамической структурой, которая обладает способностью быть сформированной вновь, чтобы отвечать на экзогенные сигналы и включать варьирующие компоненты, то это ставит вопрос, может ли ниша стать мишенью для терапевтических манипуляций. Существуют соединения, предопределенные для использования в др. условиях, которые могут рассматриваться как 're-purposing' для воздействия на ниши. Определенно, внутри гематпоэтической системы ассоциация стволовых клеток с костью открывает возможность, что соединения, разработанные для модификации кости или минерального метаболизма могут играть роль. Кандидаты включают лекарства, которые затрагивают функцию ингибирующих молекулярных регуляторов взаимодействий стволовых клеток с нишами в остеобластах или остеокластах, такие как лекарства, нацеленные на CaR и OPN рецепторы или
Notch. Экспериментальные доказательства показали, что изменение ниш фармакологически м. менять исходы стволовых клеток с воздействием на физиологию. Напр.. использование parathyroid hormone (PTH) для стимуляции рецепторов на остеобластах вызывает увеличение количества стволовых клеток в условиях гомеостаза. Когда условия создавались физиологическим стрессом от трансплантации костного мозга, то отмечались драматические результаты. Животные, получающие PTH обладали заметно улучшенной cellularity костного мозга и повышенной жизнеспособностью
5. Стволовые клетки не обладают PTH рецепторами, так что эффекты являются косвенными и возможно обусловлены остеобластами ниш. Этот эффект, как было установлено, защищает резидентные HS клетки от цитотоксических повреждений во время воздействия хемотерапевтическими средствами, чтобы улучшить урожай стволовых клеток от обработанных животных и улучшить эффект трансплантации.
The niche as a target in cancer therapy
С разработкой концепции раковых стволовых клеток, которая впервые была предложена 50 лет назад эмпирически в пионерской работе Dick и др., является др. измерением ниш, как 'druggable' мишени53. Если рак организован по способу, сходному с нормальной тканью, с минорной субпопуляцией стволовых клеток, то соотв. кровоснабжение и уникальные микроусловия могут быть сходными в зависимости от стволовых клеток в раковой нише. Подтверждаются возможности ниш, как было показано в многочисленных исследованиях, обнаруживать определенные свойства не раковых клеток внутри опухоли, и недавние сообщения о популяции клеток, происходящих из костного мозга, которые подготавливают путь для последующего установления опухолевых фокусов. Если компоненты таких ниш будут продемонстрированы и прицельно достигнуты, то это может представить несомненный интерес для модификации относительной поддержки stem-подобных клеток рака. Идея, что ниша может быть мишенью для воздействия лекарствами, чрезвычайно интересна, т.к. открывает дополнительное и полностью независимое средство целенаправленного воздействия на злокачественные клетки. Вообще то ниши могут стать ведущим путем к новой терапии, усиливающей регенеративные способности нормальных стволовых клеток и ограничивающих потенциал злокачественных раковых клеток.
Сайт создан в системе
uCoz
