Стволовые клетки и регенерация

Как самообновляющиеся стволовые клетки поддерживают и замещают ткани, как можно изменить судьбу клетки и как некоторые организмы восстанавливают утраченные части тела.

Definition

Стволовые клетки — это клетки, способные как к самообновлению, так и к дифференцировке в один или несколько специализированных типов клеток; регенерация — это восстановительный рост или замещение утраченных или поврежденных клеток, тканей или частей тела.

Scope

Эта область охватывает биологию стволовых клеток — свойства самообновления и плюрипотентности, различие между эмбриональными и взрослыми стволовыми клетками, а также нишу стволовых клеток — наряду с экспериментальным перепрограммированием дифференцированных клеток, механизмами регенерации и восстановления тканей, а также тем, как регенеративная способность изменяется с возрастом. Она опирается на принципы развития, чтобы объяснить, как ткани строятся, поддерживаются и восстанавливаются.

Sub-topics

• Старение и инволюция развития
• Индуцированная плюрипотентность и репрограммирование
• Биология стволовых клеток в развитии
• Регенерация и репарация тканей

Core questions

• Что дает стволовым клеткам способность как к самообновлению, так и к дифференцировке?
• Чем эмбриональные и взрослые стволовые клетки отличаются по потенции и роли?
• Можно ли изменить судьбу дифференцированных клеток и как?
• Почему некоторые животные могут регенерировать органы, а другие нет?

Key theories

Плюрипотентность эмбриональных стволовых клеток

Клетки, полученные из раннего эмбриона, могут неограниченно размножаться, сохраняя при этом способность формировать все типы клеток организма, что устанавливает плюрипотентность как определяемое и поддерживаемое клеточное состояние.

Индуцированное перепрограммирование до плюрипотентности

Небольшой определенный набор факторов транскрипции может преобразовать дифференцированную клетку обратно в плюрипотентное состояние, показывая, что потенция регулируется регуляторными воздействиями и может быть экспериментально восстановлена.

Mechanisms

Стволовые клетки балансируют между самообновлением и дифференцировкой, часто регулируемыми сигналами из окружающего микроокружения, ниши, которая поддерживает идентичность стволовых клеток и контролирует время дифференцировки клеток. Потенциал варьируется от плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток, способных формировать все типы клеток организма, до более ограниченных взрослых (тканевых) стволовых клеток, которые поддерживают определенные органы. Дифференцированные клетки не являются постоянно фиксированными: введение определенных факторов транскрипции может перепрограммировать их до плюрипотентности, а некоторые клетки могут трансдифференцироваться. Регенерация повторно использует программы развития — пролиферацию, паттернинг и дифференцировку — для восстановления утраченных структур, при этом степень регенеративной способности широко варьируется среди видов и имеет тенденцию снижаться с возрастом.

Clinical relevance

Биология стволовых клеток и перепрограммирование лежат в основе регенеративной медицины, моделирования заболеваний и открытия лекарств, а понимание регенерации информирует подходы к восстановлению тканей. Эта статья носит образовательный характер и не предоставляет медицинских или лечебных рекомендаций.

History

Работа над кроветворными клетками заложила концепцию стволовой клетки; получение человеческих эмбриональных стволовых клеток в 1998 году сделало плюрипотентные человеческие клетки доступными для изучения, а индукция плюрипотентности из дифференцированных клеток в 2006 году преобразовала эту область и была отмечена Нобелевской премией.

Key figures

• James Thomson
• Shinya Yamanaka
• John Gurdon
• Ernest McCulloch
• James Till

Seminal works

• thomson1998
• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

Что делает клетку стволовой?

Стволовая клетка может как обновляться путем деления, так и давать начало более специализированным типам клеток, что позволяет ей поддерживать или пополнять ткань.

Почему некоторые животные могут восстанавливать утраченные конечности, а другие нет?

Регенерация основана на реактивации программ развития; виды различаются по тому, насколько легко их клетки могут повторно войти в эти программы, поэтому регенеративная способность широко варьируется в животном мире.