Гены, которые формируют определенные кости в утробе матери, исцеляют их позже в жизни, находит исследование.
Новое исследование показало, что гены, которые, как известно, контролируют формирование костей до рождения, также контролируют заживление костей в более позднем возрасте.
Новое исследование, проведенное исследователями из NYU Langone Health, выявило ключевые Hox-гены, характерные для каждого участка тела, в качестве контролеров стволовых клеток , участвующих как в формировании, так и в восстановлении кости . Белки НОХ действуют как «почтовый индекс» тела, определяя положение конечностей плода, кодируя инструкции для факторов транскрипции , которые прикрепляются к ДНК и влияют на действие генов.
Такие корректировки направляют незрелые стволовые клетки по мере того, как они размножаются и созревают в утробе матери, говорят авторы исследования, превращаясь в сердечную мышцу, нервы, кости и т. д. и в нужных местах. Кость входит в число тканей, которые сохраняют пулы стволовых клеток во взрослом возрасте, готовые к созреванию в необходимые замещающие клетки, которые поддерживают здоровье тканей и заживляют сломанные кости.
Новая работа, недавно опубликованная онлайн в журнале Development , показала, что генетические программы Hox во взрослом возрасте контролируют тип костных стволовых клеток, называемый периостальными стволовыми клетками и клетками-предшественниками или PSCP. Эти клетки играют центральную роль в заживлении костей в соответствии с положением, определяемым маткой, в котором они впервые сформировались.
Уже известно, что НОХ-гены кодируют пространственный код, который устанавливает план формирования тела. В ходе исследования было показано, что взрослые стволовые клетки из разных мест наделяют свойствами, необходимыми для регенерации конкретной кости, в которой они находятся.
Исследователи говорят, что во время старения такие стволовые клетки истощаются, что приводит к более слабым костям, которые с большей вероятностью ломаются и медленнее заживают. Пытаясь противостоять этой потере в заживлении, исследовательская группа продемонстрировала, что увеличение активности гена, который управляет созданием фактора транскрипции Hoxa10 в большеберцовой кости, большей из двух «костей голени», у стареющих мышей вызывает 32,5 % восстановления восстановительной способности перелома.
«Наши данные выявили ранее неизвестную функцию генов гомеобокса или Hox как основных регуляторов зрелости стволовых клеток, зависящих от местоположения во взрослом возрасте, с кратковременным локальным увеличением их экспрессии, способным стимулировать заживление», — сказал автор соответствующего исследования Филипп Лейхт, доктор медицинских наук. Доктор медицинских наук, адъюнкт-профессор Радж-Собти-Менон кафедры ортопедической хирургии NYU Langone Health. «Терапевтические перспективы взрослых стволовых клеток в качестве источника костных клеток у людей с ослабленным заживлением огромны».
Кость требует внимания
Фундаментальный вопрос в этой области заключался в том, что заживление костей в большей степени обусловлено стволовыми клетками в костном мозге в центре кости или теми, которые, как известно, накапливаются в близлежащей надкостнице, наружном слое кости, состоящем из плотной соединительной ткани и наполненном клетками. области. Оба типа стволовых клеток способны созревать в остеобласты, клетки, которые формируют новую кость в ответ на перелом, но текущее исследование утверждает, что стволовые клетки в надкостнице, PSPCs, вносят важный вклад в восстановление кости.
Результат исследования основан на понимании того, что для того, чтобы держать пулы стволовых клеток под рукой, они должны получать сигналы для постоянного деления и размножения без созревания, сохраняя свою «стволовость» до тех пор, пока они не понадобятся. Организм регулирует восстановление костей, контролируя степень незрелости стволовых клеток, при этом наиболее примитивные клетки играют наибольшую роль в заживлении благодаря своей гибкости и способности быстро размножаться.
В текущем исследовании исследователи обнаружили, что дефицит Hox приводит к увеличению склонности стволовых клеток к дифференцировке в зрелые типы костных клеток. И наоборот, когда команда увеличила экспрессию Hoxa10 в стволовых клетках большеберцовой кости и клетках-предшественниках, она перепрограммировала их в состояние, более похожее на стволовые клетки, что является необходимым шагом, если они должны стать новыми клетками, формирующими кость, как часть заживления.
В частности, говорят авторы, PSPCs существуют как смешанная популяция стволовых клеток, которая включает наиболее стволовые клетки, наивные периостальные стволовые клетки (PSC), наряду с более зрелыми периостальными клетками-предшественниками 1 (PP1) и периостальными клетками-предшественниками 2 (PP2). Авторы текущего исследования обнаружили, что экспрессия Hoxa10 была наиболее распространена в PSCs и значительно снижалась по мере продвижения клеток по иерархии клонов к PP1 и PP2.
Эксперименты, повышающие активность Hox-генов у этих более зрелых предшественников, привели к 3-кратному увеличению PSCs, поскольку клетки были перепрограммированы в более примитивную идентичность стволовых клеток.
«PSPC обладают отличительными характеристиками, которые составляют основу будущих клеточных методов лечения, в том числе их большая склонность к естественной регенерации кости, чем у многих родственных групп стволовых клеток», — сказал соавтор, ведущий автор Кевин Леклерк, доктор наук в лаборатории Лейхта. «Изменяя активность Hox в этих клетках, мы можем помочь им более эффективно регенерировать кости у людей с недостаточной способностью к заживлению костей».
