НОВЫЙ ТИП ИНТЕРСТИЦИЦИАЛЬНЫХ КЛЕТОК, ТЕЛОЦИТЫ  On line с 5.4.2013 | |
|
NEW TYPE INTERSTITSITSIALNYH CELL TELOCYTES VA Mglinets Medical Genetics Research Center Russia, 115478, Moscow, ul. Moskvorechye, 1. Numerous studies of a new type of interstitial cells, telocytes, showed their presence in all organs examined. Describe their amazing morphology and communicate with each other and many other types of cells in the organs. They are expected to pass information between different types of cells in the tissue, forming an integrated unit, and that they can participate in the repair of damaged tissues. |
В 2007-2010 гг. румынский ученый Л.М. Попеску с коллегами выявили особый тип интерстициальных клеток, похожих на клетки Кахаля [33,34,35]. Затем было установлено, эти клетки не являются клетками типа Кахаля, а представляют собой специальный тип интерстициальных клеток, идентифицированный во многих органах у млекопитающих, включая сердце, скелетные мышцы и кожу. Л.П. Попеску назвал эти клетки телоцитами. Телоциты, как было установлено, являются клетками с небольшими клеточными телами, обычно с в 2-3 раза более длинными, чем обычно (вплоть до десятков/сотен µm) с несколькими тонкими (в основном тоньше 0.5 µm) продолжениями, назанными телоплодии (Рис. 1) [42]. Телоподии телоцитов - очень длинные клеточные отростки с чередованием тонких сегментов (подомеров) и расширенных порций (подомов). Ранее эти клетки не обнаруживались из-за их тонких и извилистых продолжений, которые могут быть обнаружены только при электронной микроскопии. Они обладают формой, отличающейся от интерстициальных фибробластов по ультраструктуре, фенотипу и функции [42]. У телоцитов, связанных с мелкими кровеносными сосудами и капиллярами выявлена первичная неподвижная ресничка [5]. Предполагается, что она важна для передачи сигналов в сосудистой нише.
Если функция фибробластов в основном связана с продукцией белков внеклеточного матрикса, то функция телоцитов заключается, как полагают, в обеспечении межклеточных коммуникаций или за счет непосредственных контактов посредством соединительных белков или удаленно посредством внеклеточных пузырьков [42]. Благодаря своим длинным телоподиям, телоциты объединяют разного типа клетки, возможно, чтобы передавать межклеточные сигналы на длинные расстояния [40].
Например, показано [53], что телоциты устанавливают многочисленные контакты с макрофагами в субкапсулярном пространстве почек или с гладкомышечными клетками, нервными окончаниями, а также с кровеносными капиллярами мочеточников и мочевого пузыря. Полная морфология телоцитов с телоподиями четко проявлялась в первичных культурах почечных тканей крыс. Похоже, что телоциты вносят вклад в репарацию и регенерацию этой ткани.
 Рис. По Popescu [33] Компьютерное 3D воспроизведение телоцита вне ткани. Видно небольшое тело клетки (2) и 5 очень длинных извилистых телоподий, содержащих чередующиеся тонкие сегменты - подомеры (1) - и утолщенные сегменты - подомы (3). Телоциты были выявлены в сердце [16,18,24,25,36,45, 54], кровеносных сосудах [5], плаценте [48], экзокринной части поджелудочной железы [31], пищеводе [47], кишечнике [6, 11,43], трахее [46,52], легких [38, 52], плевре [22], скелетных мышцах [4, 39; 49], матке и фаллопиевых трубах [10,35], мочевом тракте [15], коже [7, 44], эндометрии [21], околоушных железах [32], мягких мозговых оболочках и хороидном сплетении [41], в простате [9]. Свойства и возможные функции телоцитов Итак, результате исследований телоцитов в разных тканях были выявлены их общие характеристики. Ядро занимает примерно четверть объема тела телоцита и содержит кластеры гетерохроматина, прикрепленные к ядерной оболочке. Околоядерная цитоплазма богата митохондриями и содержит небольшой комплекс Гольджи, грубый и гладкий ретикулум и цитоскелетные элементы. Телоциты обнаруживают несколько иммунопептидов, таких CD34, c-kit и vimentin. [51].
Пока точная функция телоцитов неясна. Однако на основании многочисленных исследований формы, положения и поведения телоцитов были высказаны различные предположения относительно их функции. Так, замедленная видеомикроскопия культуры клеток миометрия матки крыс обнаружила динамические взаимодействия между телоподиями телоцитов и миоцитами. В миометрии вне беременности телоциты обнаруживают гиперполяризацией активируемый, зависимый от кальция, приток внутрь клеток хлоридов и отсутствие L-типа кальциевых каналов. Телоциты, по-видимому, не обладают возбудимыми свойствами в отличие от окружающих гладкомышечных клеток. Телоциты могут влиять на время контрактильной активности гладкомышечных клеток [12]. Показано также, что телоциты фаллопиевых труб и матки экспрессируют рецепторы эстрогена и прогестерона.
В скелетных мышцах человека телоциты постоянно располагаются между промежуточными и малых кровеносными сосудами и эндомизиальными капиллярами [4]. Телоциты экспрессируют c-kit, PDGFR (platelet-derived growth factor receptor-?) and VEGF (vascular endothelial growth factor) как in situ, так и in vitro [49]. Мечение ламинина показало, что телоциты не заключены и не окружены базальным листком. Предполагается, что PDGFR-? может быть использован в качестве маркера телоцитов.
В результате многочисленных исследований в сердце телоциты были обнаружены в миокарде, эпикарде, эндокарде и нишах кардиальных стволовых клеток [3,13,14,17,20,24,26,33,34,36,39,40,46,48,] и были предположены разные роли телоцитов в физиологии и патологии сердца. Недавно было установлено, что количество телоцитов в сердце человека существенно увеличивается от момента рождения до 20-летнего возраста, затем постепенно снижается.
Межклеточные коммуникации в сердце человека оказались очень сложными. Изучение интерстициальной клеточной сети из телоцитов [19] показало, что телоциты формируют 'атипичные' соединения практически со всеми типами клеток в сердце человека. Ультраструктурный анализ показал, что телоциты, прежде всего, формируют интерстициальную систему, которая собирает все кардиальные клетки в интегрированную сеть. Электронная микроскопия и электронная томография выявили разного типа соединения телоцитов в сети (puncta adhaerentia minima, processus adhaerentes и manubria adhaerentia). Соединения между телоцитами и кардиомиоцитами являются 'точечными' соединениями с наноконтактами или асимметричными соединениями, которые не похожи на известные классические соединения. Обычно кластеры наноконтактов ('nanofeet') скрепляют соединения между плазматическими мембранами телоцитов и кардиомиоцитов при отсутствии взаимного проникновения базальных пластинок. Наноструктурные мостики (~ 10 nm) и расстояния между мембранами (10-30 nm) по существу указывают на молекулярное взаимодействие между телоцитами и кардиомиоцитами. Не выявлено каких-либо щелевых соединений между телоцитами и кардиомиоцитами, которые описаны в соединениях фибробластов с кардиомиоцитами. Кроме того, не обнаружены какие-либо клеточные слияния или нанотрубки, соединяющие телоциты и кардиомиоциты.
Неожиданной находкой стало то, что телоциты имеют прямые межклеточные (нано)контакты со Шванновскими клетками, эндотелиальными клетками и перицитами. Взаимодействия между телоцитами и Шванновскими клетками важны для обновления и регенерации сердца. Контакты телоцитов с эндотелиальными клетками сходны с миоэндотелиальными соединениями, которые, по-видимому, являются клеточными точками интеграции в сосудистой физиологии и патофизиологии. Контакты с другими интерстициальными клетками (макрофагами, фибробластами и тучными клетками) также соответствуют макромолекулярным взаимодействиям, но неизвестно какие молекулы участвуют во всех этих гетероклеточных коммуникациях.
Таким образом, ультраструктурный анализ показывает, что сеть кардиальных телоцитов может интегрировать 'информацию' от сосудистой системы (эндотелиальных клеток и перицитов), нервной системы (Шванновских клеток), иммунной системы (макрофагов, тучных клеток), интерстиция (фибробластов, внеклеточного матрикса), стволовых клеток и клеток предшественников и работающих кардиомиоцитов. Соединения между стволовыми клетками и телоцитами является 'стромальными синапсами' или слипчивыми соединениями. Контакты телоцитов с разными клетками, скорее всего, участвуют в координации передачи сигналов на дальние расстояния между клетками. Обычно паракринная и/или юкстакринная секреция малых молекул и передача сигналов на длинные расстояния, осуществляется с помощью распространяющихся микропузырьков, которые могут играть роль в горизонтальном переносе важных макромолекул между соседними клетками. Телоциты, действительно, высвобождают переносимые пузырьки и/или экзосомы, тем самым посылают макромолекулярные сигналы (напр., микроРНК, [8]) к соседним клеткам, тем самым модифицируя их транскрипционную активность.
Концепция "сердечно-сосудистых единиц" в качестве строительных блоков сердца, которые включают кардиомиоциты, соседние капилляры и фибробласты была недавно предложена [2]. Миокардиальная ткань функционирует как хорошо организованное сообщество клеток и, прежде всего, с помощью сети телоцитов, достаточной для физической поддержки коммуникаций между разными типами клеток и координации их индивидуальных активностей. Такая интегрированная интерстициальная система, по-видимому, состоит из крупных гомотропных зон, обеспечиваемых соединениями между самими телоцитами, и ограниченных гетеротропных зон (соединений телоцитов с разными типами клеток) [19].
Телоциты, кроме того, по-видимому, являются активными игроками в кардиальном обновлении, поскольку они 'подпитывают' предшественники кардиомиоцитов в эпикардиальных нишах стволовых [17,37]. Более того, выявлены сложные нано-уровня соединения между телоцитами и резидентными стволовыми клетками и клетками предшественниками. Телоциты продуцируют адекватные микроусловия для клеток предшественников и выводят их из эпикарда в миокард и поэтому могут рассматриваться как питающие клетки [17,40]. Интеграция всех сигналов от разных типов клеток может быть важна для принятия решения стволовыми клетками (резидентными или экзогенными) пролиферировать, дифференцироваться и созревать в кардиомиоциты или другие типы кардиальных клеток. Следовательно, телоциты могут участвовать в формировании ниш для стволовых клеток [17]. После экспериментального инфаркта миокарда, телоциты, как было установлено, воздействуют на резидентные стволовые клетки, чтобы повысить скорость регенерации клеток в пограничной зоне инфаркта [29]. Возможно также, что телоциты открывают пути посредством длинных телоподий для "скольжения" клеток предшественников в направлении зрелых кардиомиоцитов [37] и их интеграции в архитектуру сердца [17] .
Итак, помимо прочего телоциты прежде всего участвуют в формировании ниш для стволовых клеток в качестве питающих клеток в сердце [33] и легких [38]. Показано также, что c-kit/CD117 позитивные телоциты представляют собой уникальный тип клеток внутри ниш для мышечных стволовых клеток [4].
Разные популяции телоцитов обнаруживают разные, скорее всего, орган-специфические иммунофенотипы. Предполагается несколько ролей у телоцитов: механические роли, передачи межклеточных сигналов, руководство и питание незрелых клеток во время органогенеза. Конкретно ни одна из этих ролей не доказана с достоверностью. На базе имеющихся данных предполагается, что они могут быть ключевыми игроками в регенерации и репарации органов.
Происхождение телоцитов пока неясно. Высказывается предположение, что телоциты могут происходить из интерстициальных фибробластов [47]. Аномалии телоцитов связаны с заболеваниями Возникает естественно вопрос, если телоциты столь распространены и выполняют важные функции, то нарушения этих функций должно приводить а аномалиями соответствующих органов. Мутантные телоциты должны, с одной стороны, вызывать аномалии, а с другой стороны, они могут оказаться измененными при некоторых заболеваниях.
Мутантные телоциты не описаны, но такая ситуация считается допустимой. Высказывается гипотеза, что измененные телоциты могут быть клетками, источниками как PEComas (perivascular epithelioid cell tumours), так и GISTs (gastro-intestinal and extra-gastrointestinal stromal tumours) опухолей. Эта гипотеза подтверждается иммунохимическими данными. Так: (1) Melanoma markers (Melan A, MiTF) , типичный для PEComas, экспрессируется значительной фракцией GISTs. Фракция GISTs также оказывается позитивной по CD63, белку tetraspanin, впервые описанным в меланомах. (2) Маркеры c-KIT (CD117), принадлежат огромному большинству GISTs опухолей, могут быть экспрессируемыми и PEComas опухолями (а также телоцитами). (3) Маркеры, описанные для телоцитов (CD34, S-100, гладкомышечный актин и VEGF) оказывались позитивными для клеток опухолей PEComas и GISTs. Поэтому предполагается, что телоциты могут быть источником клеток обоих типов [1]. Безусловно, это не является убедительным доказательством.
В нормальной коже телоциты организованы в виде трехмерных сетей, распределенных между пучками коллагена и эластических волокон и окружающие микрососуды, нервы и кожные придаточные органы (волосяные фолликулы, жировые и потовые железы). Телоциты обнаруживают тяжелые ультраструктурные изменения (раздутые митохондрии, вакуолизацию цитоплазмы, липофусциновые включения) , указывающие на ишемией вызываемую дегенерацию клеток, которые постоянно теряются из клинически поврежденной кожи у пациентов с системным склерозом (склеродермой). Повреждения и потери телоцитов выражены по-разному в зависимости от субнаборов и стадии системного склероза, оказываются более быстрыми и тяжелыми при диффузной склеродермии. Итак, потеря телоцитов может (1) вносить вклад в изменение трехмерной организации внеклеточного матрикса, (2) вызывать снижение контроля за активностью фибробластов, миофибробластов и тучных клеток и (3) нарушать регенерацию и/или репарацию кожи [28].
Телоциты в молочных железах могут играть важную роль в балансе эпителия и стромы в молочных железах. Телоциты могут играть определенную роль в возникновении и прогрессировании рака молочных желез. Осуществляли совместное культивирование телоцитов и других стромальных клеток молочных с EMT-6 клетками рака молочной груди на подложке из коллагена Matrigel, чтобы воссоздать ткань рака молочной груди in vitro. Телоциты оказались преобладающими стромальными клетками, экспрессирующие c-kit/CD117, CD34 и vimentin в восстанавливаемой раковой ткани молочной железы. Трансмиссионная электронная микроскопия показала, что телоцит-подобные клетки тесно общаются с раковыми клетками молочной железы, а также с другими стромальными клетками и могут служить в качестве мостиков, напрямую связывающих соседние клетки посредством межмембранных контактов. Сравнение со слоями раковой ткани, состоящими только из EMT-6 клеток, показало, что телоциты и другие стромальные клетки молочных желез облегчают образование типичных гнездных структур, способствуют пролиферации раковых клеток молочных желез и ингибируют их апоптоз. Показано, что телоциты обладают потенциалом участвовать в самосборке EMT-6 и стромальных клеток в реконструируемой раковой ткани молочных желез [30].
По своим функциональным характеристикам телоциты, обнаруженные в трахеях и легочной ткани, как полагают, принципе могут участвовать в патогенезе легочных болезней [51] . Редактором одного из журналов высказывается острожное предположение о возможном участии телоцитов в возникновении диабета типа 2 [23]. Предполагается также, что телоциты могут быть использованы для разработки целенаправленной молекулярной терапии болезней с плохим прогнозом, такими как панкреатическая аденокарцинома [31].
В сердце человека изолированный атриальный амилоидоз (IAA) является частой гистопатологической находкой у пациентов с с длительными фибрилляциями предсердия. Исследовали ультраструктуру кардиомиоцитов и телоцитов у пациентов с фибрилляциями предсердий и IAA. Электронно-микроскопическое исследование подтвердило, что 17 пациентов имеют IAA и 82% из них имеют предсердные фибрилляции. had AF. EM showed that amyloid deposits, composed of characteristic 10-nm-thick filaments were strictly extra-cellular. Хотя при световой микроскопии казалось, что некоторые амилоидные отложения толщиной в 10-nm расположены в цитоплазме кардиомиоцитов, однако электронная микроскопия показала, что эти отложения в действительности локализованы в интерстициальных карманах. Более того, электронная микроскопия показала, что телоподии телоцитов обычно окружают амилоидные отложения, ограничивая их распространение в интерстиции. Такая связь телоподий с амилоидными отложениями подтверждает их участие в изоляции атриального амилоидоза и в патогенезе фибрилляций [27].
Телоциты в сердце распределены продольно и в виде поперечной сети в миокарде, эта сеть нарушается во время инфаркта миокарда. Кардиальные телоциты в зоне инфаркта не обнаруживаются в течение от одного до 4-х дней после экспериментальной закупорки коронарных сосудов. Хотя кардиальные телоциты в не-ишемической области сердца также подвергаются клеточной гибели, плотность этих клеток увеличивается спустя примерно 2 недели после экспериментальной закупорки коронарного сосуда, но их количество всё ещё ниже нормы. Установлено, что одновременная трансплантация кардиальных телоцитов в инфарктную и пограничную зону сердца снижает размер инфаркта и улучшает функцию миокарда. Следовательно, телоциты и секретируемые ими факторы и микропузырьки и микроокружение могут быть структурно и функционально важными для поддержания физиологической целостности миокарда. Восстановление сети кардиальных телоцитов в зоне инфаркта может быть благоприятным для функциональной регенерации инфарктного миокарда [50]. Недавно (2013 г) Л. Попеску на симпозиуме сообщил, что около 1000 генов в телоцитах, скорее всего, активируются вследствие инфаркта миокарда, приводя к синтезу десятков или сотен белков, необходимых для репарации сердца.
Наконец, телоциты непосредственно с помощью наноконтактов и опосредованно с помощью паракринной секреции VEGF и NOS2 участвуют в неоангиогенезе внутри пограничной зоны экспериментального инфаркта миокарда [29]. Кроме того, обнаруживается экспрессия различных ангиогенных микроРНК.
Итак, следует отметить, что остаются всё ещё неясными функции телоцитов в разных органах, их происхождение и генетические характеристики и их роль в патогенезе болезней. Литература
1.Ardeleanu C., Bussolati G. Telocytes are the common cell of origin of both PEComas and GISTs: an evidence-supported hypothesis//J.Cell and Mol. Med. - 2011. - Vol. 15(12). - P. 2569-2574.
|