Спляча красуня для стовбурових клітин крові - чому вітамін А повинен заважати їм прокидатися
Стовбурові клітини крові: рідкісні клітини в кістковому мозку
Наша кров працює найкраще щодня: хвороби потрібно відбивати, хворі клітини усувати, зупиняти кровотечі та забезпечувати органи поживними речовинами. У дорослої людини тече близько 300 трильйонів клітин крові. При цьому щосекунди гине понад 2 мільйони клітин крові, кілька мільярдів на день. Як тоді система крові може залишатися повністю функціональною? Кровотворення забезпечується так званим гемопоезом, процесом, який відбувається в червоному кістковому мозку. Центральними дійовими особами є стовбурові клітини крові, які також називаються гемопоетичними стовбуровими клітинами (HSC). Вони представляють надзвичайно рідкісну популяцію клітин.
Рис. 1: Гемопоез як ієрархічний процес. Кровотворні стовбурові клітини (HSC) знаходяться у верхній частині системи крові і перебувають у стані спокою. Вони можуть активуватися різними подразниками стресу, такими як інфекції, і, поділяючись, генерують так звані клітини-попередники. Вони, у свою чергу, виробляють зрілі клітини крові, щоб викликати швидку імунну відповідь. Для того, щоб HSC повернутися до стану спокою і, таким чином, зберегти свою функціональність, їм потрібні біохімічні сигнали, такі як вітамін А.
Деякий час було відомо, що популяція стовбурових клітин у кістковому мозку миші складається з двох окремих популяцій: сплячих HSC (rHSZ), які діляться лише п’ять разів протягом життя, та активних HSC (aHSZ), які діляться приблизно раз на місяць. Популяція aHSZ та клітини-попередники, які є результатом цього, є важливими для більшості довгострокових можливостей самообновлення. У звичайних умовах вони забезпечують формування точної кількості всіх типів клітин крові. З іншого боку, rHSZ не поділяються за цих умов: вони утворюють безшумне водосховище. Вони використовують дуже мало енергії під час фази відпочинку. Такий стан низької біосинтетичної активності зберігає функцію HSZ та захищає його від змін у геномі. Однак rHSZs можуть активуватися в таких стресових ситуаціях, як запалення, інфекції та крововтрата або під час хіміотерапії. Клітини, вибуджені таким чином із сну, тепер називаються aHSZ і починають ділитися і диференціюватися, виробляючи нові клітини крові або відновлюючи пошкоджені тканини (Рис. 1).
Власні клітинні сигнальні шляхи ведуть до глибокого сну сплячих стовбурових клітин
Однак, якщо HSC активуються занадто часто, це може пошкодити їх ДНК та спричинити лейкемію. Вироджені HSC називаються раковими стовбуровими клітинами. Така дегенерація є фатальною, оскільки клітини, що відпочивають, стійкі до хіміотерапевтичних засобів, і тому неможливо боротися із ними звичайними методами. Для того, щоб забезпечити, щоб rHSZ отримували якомога більше сну, не дегенерували і, таким чином, підтримували свої цінні функції, внутрішні сигнальні шляхи клітин та розчинні компоненти кісткового мозку забезпечують збереження HSC у спокійному стані в нормальних умовах або можуть повернутися до нього після стресової ситуації. На відміну від факторів, що спричиняють закінчення спокою, про механізми, що утримують HSC у глибокому сні, відомо дуже мало. Тому метою нашого дослідження є краще розуміння саме цих механізмів.
Вітамін А допомагає підтримувати стан спокою
Дефіцит вітаміну А в даний час вражає особливо маленьких дітей у країнах, що розвиваються, і призводить до сліпоти та ослаблення імунної системи. Наслідком цього є те, що інфекційні захворювання, які мають непомітний перебіг у звичайних умовах, можуть стати ризиком смерті для постраждалих дітей. Це ослаблення імунної системи часто є незворотним; навіть при введенні вітаміну А лише 20% дітей одужують. Причина цього невідома. Наші дослідження в системі мишей припускають, що це могло бути спричинено втратою стовбурових клітин.
Яку роль відіграє дієта?
Наші результати прокладають шлях до відповіді на невирішені досі питання: Як саме вітамін А регулює глибокий сон HSZ? Чи можемо ми змінити стан спокою своїх стовбурових клітин, змінивши свої харчові звички [3]? І чи може вміст вітаміну А в крові також відігравати роль у ракових стовбурових клітинах? Надалі ми хочемо більш детально дослідити вплив різних харчових звичок на стан активності HSC і зрозуміти основні механізми молекулярної регуляції. Наша головна мета - зробити ці знання корисними в контексті боротьби із захворюваннями людини.