Кроветворение в экстренной ситуации: не стволовые клетки, а их потомки берут на себя главную роль

В здоровом организме количество клеток крови и иммунной системы поддерживается на постоянном уровне. Однако инфекции или другие нарушения, увеличивающие расход клеток, приводят к их потере, которую необходимо быстро восполнить для сохранения функциональности иммунитета.

Долгое время считалось, что сигнал о потере клеток в экстренной ситуации получают гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) в костном мозге. Предполагалось, что они начинают делиться быстрее, чтобы немедленно обеспечить замену.

ГСК делятся на дочернюю клетку, остающуюся стволовой, и вторую, которая продолжает развитие. Эти развивающиеся клетки сначала дают начало мультипотентным клеткам-предшественникам, способным дифференцироваться в любой тип клеток крови.

Исследователи из DKFZ под руководством Ханса-Раймера Родевальда и Томаса Хёфера изучили этот процесс на мышах. Они использовали генетические маркеры, встроенные в ГСК, которые можно было отследить через все последующие этапы развития их клеточного потомства.

Результаты эксперимента

• При системном воспалении, вызванном бактериальной инфекцией, меченые ГСК действительно реагировали делением, но это не приводило к увеличению числа дифференцированных клеток крови.
• Активация транскрипции в ГСК была связана в основном с генами самообновления, а не с экстренным пополнением зрелых клеток.
• Эта закономерность наблюдалась не только при инфекциях, но и при анемии или дефиците различных типов иммунных клеток.

Ситуация кардинально изменилась, когда генетический маркер встроили в популяцию мультипотентных клеток-предшественников. Примерно через 11 дней после заражения бактериями у мышей значительно увеличилось количество различных меченых лейкоцитов, произошедших от этих клеток-предшественников.

Преимущества и значение открытия

Поручение задачи экстренного пополнения клеток-предшественникам имеет ключевые преимущества:

1. Скорость: Дифференцировка от стволовых клеток — медленный процесс. Клетки-предшественники уже находятся на следующей ступени развития.
2. Масштаб: Клеток-предшественников значительно больше, чем ГСК, что позволяет быстро обеспечить достаточное количество зрелых клеток.

Ученые также интерпретируют этот результат как возможный защитный механизм ГСК, позволяющий избежать их истощения при повторяющихся инфекциях в течение жизни.

Это открытие дополняет более раннюю работу тех же лабораторий, которая показала, что мультипотентные клетки-предшественники играют важную роль в поддержании количества клеток крови даже в нормальных, здоровых условиях, что противоречит прежним представлениям.