A single adult endothelial stem cell with the c-kit marker can generate functional blood vessels. The illustration shows GFP+ blood vessels generated subcutaneously in a mouse by the transplanted descendants of a single genetically GFP-tagged endothelial stem cell. (Image: Fang, Wei, and Salven). doi:10.1371/journal.pbio.1001408.g001

Во внутренней части бластоциста ранних эмбрионов находятся плюрипотентные стволовые клетки, которые обладают потенциалом превращаться в любой тип клеток взрослых животных. Позднее в развитии стволовые клетки всё ещё существуют, но они продуцируют более ограниченный набор потомков клеточных типов. Тканеспецифические стволовые клетки возникают, чтобы вносить вклад в преимущественно индивидуальные ткани, такие как кожа, мышцы или кровь. Эти клетки существенны как во время развития, когда они поставляют дифференцированное потомство, чтобы обеспечить потребности тканевого роста, и у взрослых, когда они меняют свое действие, чтобы замещать клетки, теряемые с возрастом или при повреждениях.

Очевидно. что каждая взрослая ткань обладает популяцией тканеспецифических стволовых клеток, но поскольку они обнаруживают тенденцию быть очень редкими, то эти взрослые стволовые клетки пока ещё не идентифицированы для всех тканей. Напр., было предпринято множество попыток изолировать и охарактеризовать взрослые стволовые клетки, которые дают сосудистый эндотелий (внутреннюю выстилку кровеносных сосудов). Знание, как идентифицировать такие клетки, могло бы сделать возможным манипулирование с пролиферацией эндотелиальных клеток, это в свою очередь могло бы иметь целью разработку терапии, способствующей репарации сосудов или предупреждать рост кровеносных сосудов в опухолях. К сожалению, такие попытки имели ограниченный успех. Но в данном номере PLOS Biology, Shentong Fang, Petri Salven с коллегами идентифицировали популяцию клеток, которые облают всеми характеристиками, ожидаемыми от vascular endothelial stem cells (VESC), это открывает путь к лучшему пониманию этих важных клеток.

В течение некоторого времени считалось. что стволовые клетки, которые дают сосудистый эндотелий, не обязательно могут находиться в этой ткани. Фактически, предполагалось, что гематопоэтические стволовые клетки, которые продуцируют иммунные клетки и эритроциты, могут также продуцировать клетки, которые будут становиться сосудистыми эндотелиальными клетками. В подтверждение этой идеи было показано, что некоторого типа клетки, обнаруживаемые в крови, являются высоко пролиферативными и экспрессируют белки клеточной поверхности, типичные для эндотелиальных клеток. Однако, более поздние эксперименты показали, что клетки, происходящие из флюоресцентно маркированных гематопоэтических стволовых клеток, никогда не появляются в сосудистом эндотелии, указывая, что VESC возможно находятся в сосудистом эндотелии. Но характеристики таких клеток- и почему (если так) поверхностные белки могут возникать вдали от др. эндотелиальных клеток-остается тайной.

Чтобы идентифицировать и изолировать VESCs, Fang с коллегами использовали преимущества того факта, что в то время как высоко дифференцированные клетки, которые составляют большую часть большинства тканей, могут подвергаться только ограниченному числу клеточных делений, стволовые клетки обладают способностью возобновлять самих себя. Авт. получили суспензии из одиночных клеток после энзиматического переваривания сосудов легких, которые были тщательно освобождены от кровеносных клеток, и осуществляли поиск клеток с высокой пролиферативной способностью, необходимой для формирования колоний в культуре клеток. Эти эксперименты выявили набор очень редких формирующих колонии клеток. Последующий анализ установил, что эти клетки экспрессируют общие эндотелиальные клеточные маркеры и обладают также белком клеточной поверхности CD117 (c-kit), маркером, который обнаруживается м в др. типах стволовых клеток.

Эти находки продемонстрировали, что некоторые CD117-позитивные клетки обладают определенными свойствами стволовых клеток: способностью к самообновлению. Эта способность ограничена CD117-экспрессирующими клетками; будучи только что изолированными эндотелиальными клетками были отсортированными на CD117-позитивные и -негативные популяции, только клетки, которые могли расти в культуре, происходили из CD117-позитивной популяции. Но только лишь приблизительно полпроцента CD117-экспрессирующих клеток, выделенных из сосудистого эндотелия, обладали этим свойством, которое согласуется с идеей, что эти стволовые клетки очень редки.

Авт. показали, что CD117-позитивные клетки не просто артефакт культуральных условий, поскольку они присутствуют в сосудистом эндотелии нескольких нормальных тканей мышей и раковых опухолях человека. Более того, мыши с нарушением экспрессии CD117 обнаруживают дефекты сосудистого роста. Эти животные также обладают более медленным ростом имплантированных меланомных опухолей из-за пониженного роста опухолевых кровеносных сосудов. Между тем, одиночная колония CD117-позитивных колонии-формирующих клеток, выделенная из культуры давала целые кровеносные сосуды, если помещалась в массу внеклеточного материала, который имплантировали мышам хозяевам. В соответствии с этим, Fang et al. показали, что эти клетки могут также формировать кровеносные сосуды в солидных опухолях, имплантированных мыши хозяину.

Итак, полученные данные показывают, что CD117-позитивные колонии-формирующие клетки обладают способностью к самообновлению и гибкостью, ожидаемой от взрослых стволовых клеток, полученные доказательства подчеркивают, что эти клетки являются long-sought-after VESC. Теперь возможно будет определить и др. маркеры, характерные для этой популяции стволовых клеток. Это открывает путь к их терапевтическому использованию.

Fang S, Wei J, Pentinmikko N, Leinonen H, Salven P (2012) Generation of Functional Blood Vessels from a Single c-kit+ Adult Vascular Endothelial Stem Cell. doi:10.1371/journal.pbio.1001407