Михаил Вейсман - Тайная жизнь тела. Клетка и ее скрытые возможности

Особое удивление биологов вызвало присутствие стволовых клеток в центральной нервной системе. Как известно, сами нервные клетки утрачивают способность к размножению уже на самой ранней стадии своего формирования. Но когда нервная система серьезно повреждена, на помощь нервным приходят стволовые клетки, которые начинают делиться с последующим превращением в нервные и глиальные(одна из разновидностей клеток нервной ткани).

Обнаружить стволовые клетки можно с помощью специальных методов. Дело в том, что в в них производятся специфические белки, которые можно выявить, используя определенную методику. Сначала на каждый белок получают антитела, которые метят светящимся красителем. Такой реагент выявляет белки, присутствующие в стволовых клетках на разных стадиях развития.

Но что заставляет обычные с виду клетки сохранять способность превращаться в любые другие? Очевидно, ответ на этот вопрос также кроется в расшифровке их генной составляющей. И наоборот, изучение хромосом стволовых клеток позволяет ответить на вопрос – где кроется секрет дифференциации тканей?

В ходе сложных анализов и экспериментов выяснилось, что в стволовых клетках гены работают на опережение – производя различные виды рибонуклеиновой кислоты («программы» для производства белков) задолго до того, как в ней возникнет необходимость.

Удивительное открытие – среди клеток есть «господа» и «рабы»

Многочисленные данные, полученные в ходе изучения стволовых клеток, позволили уточнить организацию соответствующих генных сетей (в условиях целостного организма это иногда не так-то просто). В частности, можно выявить пути взаимодействия так называемых генов-господ и генов-рабов. Господами называют ключевые гены, от которых зависит специфика развития данной ткани или органа, рабами – каскады структурных генов (запускаемые генами-господами), обеспечивающих производство характерных белков и, соответственно, формирование того или иного органа или ткани.

Разделение клеток на «господ» и «рабов» присуще всем животным. Так, у дрозофилы есть ген безглазости, который обусловливает развитие глаза. Если его заставить работать в необычном месте, то глаза могут появиться на брюхе, на лапках, на крыле и в любом другом месте. Сходный ген-диктатор есть и у млекопитающих. Введенный в геном дрозофилы, он дает тот же эффект, что и собственный ген хозяина. Все это свидетельствует о том, «господа» могут распоряжаться клеточными структурами в любом организме!

Так, есть ген, который запускает развитие поджелудочной железы; ген, который отвечает за развитие селезенки, за развитие сердца и так далее. Известны гены-господа и для отдельных зародышевых листков. Так, мутация определенного гена блокирует развитие всей энтодермы в зародыше – при раннем выявлении такой мутации беременность у женщины искусственно прекращают.

Наконец, по сигналу соответствующих генов-господ формируются специализированные ткани и типы клеток. Выявлен ген, который инициирует созревание слоя клеток, выстилающего внутреннюю поверхность сосудов.

Такое глубокое проникновение в иерархическую структуру организации генов было бы невозможно без пристального изучения стволовых клеток. Ведь только из них можно создать живую клеточную колонию вне организма и вдоволь изучать все ее свойства. Ну кто из живых потерпит, чтобы ученые копались в его печени или гландах? А так – вырастил печень в пробирке, и препарируй ее сколько хочешь. Правда, пока о выращивании полноценного органа речь не идет – в лабораториях говорят о создании органоподобных клеточных колоний. Но и это уже довольно много с точки зрения экспериментальной науки.

Еще до открытия стволовых клеток в тканях человеческого организма были открыты их подобия – так называемые камбиальные клетки. Их основная задача – пополнение клеточного состава, который постоянно тает от функциональных перегрузок или болезней. При столь пристальном внимании к стволовым клеткам немудрено, что камбиальные клетки оказались как-то забыты. А между тем камбиальные клетки – непосредственный участник восстановительных процессов в тканях. Наглядный тому пример – клетки росткового слоя кожи, пополняющие постоянно расходуемый запас зрелых, уже не делящихся клеток кожного покрова. Более того, до открытия стволовых клеток речь шла только о таком способе восстановления.

А вот в нервной ткани камбиальных клеток, способных размножаться, нет. Но там сохраняется резерв молодых клеток – нейробластов,которые восполняют различные дефекты, сохраняя тем самым функциональную способность соответствующего отдела мозга или периферической нервной системы.

Каковы же взаимоотношения стволовых и камбиальных клеток? Возможны ли их взаимопревращения, может ли стволовая клетка дать начало камбиальной и наоборот, происходит ли этот процесс в организме, каково его значение для нормального течения восстановительных процессов и каков (если он существует) его молекулярно-генетический механизм? Решение этих вопросов имеет важное не только фундаментальное, но и практическое значение. Именно в нем кроется секрет – можно ли на самом деле использовать стволовые клетки для обеспечения молодости и здоровья.

Увы, пока результаты противоречивы и вызывают больше споров, чем реального понимания. Так, выяснилось, что даже когда стволовая клетка уже начала преобразование в одну из своих разновидностей, в этот процесс включается сразу несколько программ, и что в результате из нее получится, однозначно сказать нельзя. Достаточно слегка изменить условия и исключить тот или иной фактор, как клетка начнет преобразование в другом направлении.

Правда, когда превращение уже произошло, изменить получившуюся клетку невозможно никакими силами; более того, в отличие от обычных клеток она уже не будет делиться и производить себе подобных.

Что же нового дало открытие стволовых клеток во взрослом организме? Оно изменило наши представления об организации тканей и о механизмах протекающих в них восстановительных процессов. Был сделан новый и очень важный вывод: эмбриональные клетки с высоким потенциалом к развитию сохраняются и во взрослом организме. Более того, они составляют важнейшее звено в цепи восстановительных процессов, о чем ранее не подозревали.

Вот что еще может дать нам понимание происходящих процессов: в ходе клеточного деления из стволовых клеток возникают материнская и дочерняя клетки. Материнские используются для самоподдержания популяции, а дочерние либо «выходят» в камбиальную клетку, либо начинают собственное превращение. Стволовая клетка сохраняет свойства ранних эмбриональных клеток – возможность превращаться в любую клетку, а камбиальная эту способность утрачивает и производит лишь региональные структуры.