Гены, ответственные за формирование костей во внутриутробном периоде, позже способствуют их восстановлению

Исследование, проведённое под руководством учёных из медицинского центра NYU Langone Health, выявило гомеозисные гены (Hox-гены), специфичные для каждой части организма. Они контролируют стволовые клетки, участвующие в формировании и восстановлении костей. Кодируемые ими белки — транскрипционные факторы — отвечают за программы развития органов и тканей. Учёные сравнивают их с почтовым индексом: именно они определяют, например, где должна развиться конечность. По словам авторов исследования, благодаря такой регуляции незрелые стволовые клетки (по мере их размножения и созревания во внутриутробном периоде) направляются в нужное место в организме, чтобы там они стали сердечной мышцей, нервами, костями и т.д. В костной ткани долгое время сохраняются резервы стволовых клеток, готовые к превращению в клетки, заживляющие сломанные кости. В новой работе, опубликованной в журнале Development, учёные сообщили, что генетические программы Hox в зрелом возрасте контролируют костные стволовые клетки, называемые периостальными стволовыми и прогениторными клетками (PSCPs — periosteal stem and progenitors cells), которые играют ключевую роль в заживлении костей. Уже давно известно, что гены Hox необходимы для правильного формирования организма, а в ходе последнего исследования было доказано, что у взрослых они придают стволовым клеткам свойства, необходимые для регенерации той кости, в которой они находятся. По словам учёных, со временем запас таких стволовых клеток истощается, что приводит к ослаблению костей и замедленной регенерации. Исследовательская группа продемонстрировала, что повышение активности гена, регулирующего синтез транскрипционного фактора Hoxa10 в большеберцовой кости у стареющих мышей, привело к росту способности к восстановлению переломов на 32,5%. «Наше исследование выявило ранее неизвестную функцию гомеозисных, или Hox-генов: они являются важными регуляторами зрелости стволовых клеток у взрослых людей, причём кратковременное локальное повышение их экспрессии может способствовать регенерации, — сообщил автор исследования Филипп Лейхт (Philipp Leucht), MD, PhD, доцент кафедры ортопедической хирургии Радж-Собти-Менон (Raj-Sobti-Menon) в NYU Langone Health. — Терапевтические перспективы взрослых стволовых клеток как источника формирования костной ткани у людей с нарушением регенерации огромны». Основной вопрос состоит в том, что именно способствует заживлению костей — стволовые клетки, находящиеся в костном мозге в центре кости, или те, которые скапливаются в надкостнице – внешнем слое кости, состоящем из жёсткой соединительной ткани и заполненных клетками участков. Оба типа стволовых клеток способны превращаться в остеобласты — клетки, формирующие новую кость в ответ на перелом. Учёные данного исследования утверждают, что именно PSPCs, клетки надкостницы, непосредственно участвуют в регенерации. Результаты работы показали: чтобы поддерживать запасы стволовых клеток, они должны получать сигналы для постоянного деления и размножения (но не созревая) и сохранять эту способность до тех пор, пока это необходимо. Организм регулирует процесс восстановления костей, контролируя количество незрелых стволовых клеток, при этом наиболее примитивные клетки, благодаря своей универсальности и способности быстро размножаться, играют наибольшую роль в заживлении. Учёные обнаружили, что дефицит Hox приводит к повышению способности стволовых клеток дифференцироваться в зрелые типы костной ткани. И наоборот, когда команда увеличивала экспрессию гена Hoxa10 в стволовых и прогениторных клетках большеберцовой кости, они в большей степени были готовы к превращению в новые остеобласты в процессе регенерации. Авторы сообщили, что PSPCs — это смешанная популяция стволовых клеток, включающая в себя как молодые и активные периостальные стволовые клетки (PSCs), так и более зрелые периостальные прогениторные клети 1 и 2 типов (PP1s и PP2s). Исследователи обнаружили, что показатели экспрессии Hoxa10 самые высокие в PSCs и значительно снижаются по мере превращения клеток в PP1 и PP2. Эксперименты по повышению активности генов Hox в зрелых предшественниках привели к 3-кратному увеличению числа периостальных стволовых клеток. «PSPCs имеют отличительные характеристики, которые могут стать основой для будущей клеточной терапии, например, они более склонны к естественной регенерации кости, чем многие другие родственные группы стволовых клеток, — заявил один из авторов исследования Кевин Леклерк (Kevin Leclerc), научный сотрудник в лаборатории Лейхта (Leucht's lab). — Изменяя активность Hox в этих клетках, мы можем помочь им более эффективно восстанавливать кости у людей с недостаточной способностью к регенерации». Ссылка на источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230320143746.htm