БИОХИМИЯ, 2019, том 84, вып. 3, с. 293 - 296

УДК 57.085.2

ТАКИЕ РАЗНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

Лагарькова М.А.

Федеральный научно клинический центр физико химической

медицины ФМБА России, 119435 Москва, Россия;

электронная почта: lagar@rcpcm.org

Поступила в редакцию 19.12.2018

После доработки 24.12.2018

Принята к публикации 24.12.2018

Наверное, нет более интригующей темы в современной биологии, чем изучение стволовых клеток. Все воз

растающий интерес к этим клеткам объясняется тем, что стволовые клетки способны и к самообновлению,

и к дифференцировке, по крайней мере, в клетки нескольких типов. Если мы научимся влиять на эти свой

ства или воспроизводить их in vitro, то можно будет эффективно применять стволовые клетки или их диф

ференцированные производные в медицине. Фундаментальные знания о механизмах самоподдержания и

дифференцировки стволовых клеток важны для понимания множества процессов - от эмбриогенеза до ста

рения и опухолевой трансформации. Целью этого выпуска является знакомство читателей с разными на

правлениями исследований стволовых клеток млекопитающих, в т.ч. человека. В сборнике представлены и

обзорные статьи, и результаты экспериментов. Авторы сборника надеются, что их работы будут интересны

и биохимикам, и клеточным биологам, и специалистам в области биомедицины.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: стволовые клетки, мезенхимальные стволовые клетки, гематопоэтические стволо

вые клетки, эмбриональные стволовые клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, диф

ференцировка.

DOI: 10.1134/S0320972519030011

Кто впервые предположил существование

Стволовые клетки отличаются и по своему

стволовых клеток - вопрос спорный [1]. В извест

происхождению, и по потенциалу дифференци

ном профессиональном интернет блоге, посвя

ровки (рисунок). Во взрослом организме млеко

щенном стволовым клеткам, этому вопросу даже

питающих нет «универсальных» стволовых кле

посвящена отдельная статья (https://ipscell.com/

ток, способных к дифференцировке в ткани

2012/04/who really discovered stem cells the his

всех типов. Например, в костном мозге есть два

tory you need to know/). Сам термин «стволовая

типа стволовых клеток - кроветворные стволо

клетка» («Stammzelle»), скорее всего, был пред

вые клетки, способные к дифференцировке во

ложен в 1868 г. Валентином Хакером (Valentin

все клетки крови, и мезенхимальные стволовые

Hacker) применительно к клеткам зародышево

клетки, которые могут давать начало костной,

го пути [1].

хрящевой и жировой ткани, а также составляют

Несмотря на оживленные дискуссии о прио

важную часть стромы кроветворения, но ни при

ритетах, огромный вклад двух русских ученых в

каких обстоятельствах не могут дифференциро

исследование стволовых клеток признается бес

ваться в клетки крови. Кроветворные (гемато

спорным. Александр Александрович Максимов

поэтические) стволовые клетки были первыми

в начале прошлого века предположил существо

стволовыми клетками, существование которых

вание стволовой клетки крови [2]. Больше чем че

было подтверждено с помощью функциональ

рез полвека Александр Яковлевич Фриденштейн

ных тестов [4], и первыми стволовыми клетка

впервые выделил из костного мозга клетки, спо

ми, которые начали применять в медицине.

собные к дифференцировке в жировую, кост

Региональные (постнатальные) стволовые

ную и хрящевую ткани, позже названные мезен

клетки, способные к дифференцировке в клетки

химальными стволовыми клетками (МСК) [3].

многих типов в составе определенной ткани,

есть в большинстве органов и тканей, например,

в коже, кишечнике, головном мозге. Стволовые

Принятые сокращения: ЭСК - эмбриональные ство

клетки каждой специализации имеют свои ни

ловые клетки; ИПСК - индуцированные плюрипотент

ные стволовые клетки; МСК - мезенхимальные стволовые

ши, т.е. набор факторов микроокружения, кото

клетки.

рый обеспечивает как состояние покоя стволо

293

294

ЛАГАРЬКОВА

вой клетки, так и ее мобилизацию к делению

Клетки, способные к дифференцировке в тка

или дифференцировке в случае необходимости.

ни всех типов, характерных для взрослого орга

Традиционно считалось, что пул стволовых кле

низма, в природе существуют короткое время

ток в пределах одной ткани однороден: все ство

только в раннем эмбриогенезе, до стадии гастру

ловые клетки пула обладают эквивалентным по

ляции, но могут быть выведены в культуру in vitro

тенциалом дифференцировки и самообновле

(эмбриональные стволовые клетки) или получены

ния. Однако последние данные показали, что во

из дифференцированных клеток путем введения

многих соматических тканях система стволовых

четырех репрограммирующих транскрипционных

клеток удивительно неоднородна и включает

факторов: Oct3/4, Sox2, Klf4 и c Myc (индуциро

различные типы стволовых клеток [5].

ванные плюрипотентные стволовые клетки).

Такие разные стволовые клетки. a - Колония эмбриональных стволовых клеток человека (ЭСК); б - колония индуцирован

ных плюрипотентных стволовых клеток человека (ИПСК). Фазовый контраст. Масштабная линейка - 100 мкм; в - коло

ния ИПСК, иммунофлуоресцентный анализ на маркеры плюрипотентных клеток - транскрипционный фактор nanog

(красный) и поверхностный антиген SSEA 4 (зеленый). Ядра окрашены DAPI (синий); г, д - локализация стволовых кле

ток, положительных по кератину 19, в волосяном фолликуле (окрашены красным), иммунофлуоресцентный анализ:

г - целый фолликул. Белые стрелки указывают на скопления стволовых клеток; д - поперечный срез. Ядра окрашены

DAPI. Масштабная линейка - 500 мкм; е - мезенхимальные стволовые клетки костного мозга человека в культуре. Фазо

вый контраст. Масштабная линейка - 100 мкм; ж - BFU E/бурст образующая единица эритроидная (колония, образо

вавшаяся из мультипотентной клетки предшественницы в метилцеллюлозе из CD34⁺ стволовых клеток крови). Фазовый

контраст; з - мультипотентные клетки предшественники крови после трансплантации костного мозга формируют коло

ниеобразующие единицы (КОЕс) в селезенке облученных мышей. KOEc указаны стрелками.

Фотографии a-в и ж получены автором. Фотографии г, д любезно предоставлены Э.С. Чермных и Е.А. Воротеляк. Фо

тографии е, з любезно предоставлены Н.И. Дризе.

С цветным вариантом рисунка можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: www.elibrary.ru

БИОХИМИЯ том 84 вып. 3 2019

ТАКИЕ РАЗНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

295

Клетки внутренней массы бластоцисты,

ные стволовые клетки (ИПСК), которые по сво

культивируемые в лабораторных условиях, по

им свойствам аналогичны ЭСК. Как и ЭСК,

лучили название эмбриональных стволовых

ИПСК могут неограниченно расти в культуре и

клеток (ЭСК). Лучше других изучены ЭСК мы

дифференцироваться в клетки любых типов.

ши и человека [6, 7]. ЭСК - это искусствeнно

ИПСК уже стали важным инструментом для мо

зaфиксиpовaнноe тpaнзитоpноe состояниe клeток

делирования и изучения заболеваний человека,

внутренней клеточной массы бластоцисты. В от

а также для скрининга лекарственных средств.

сутствие сигналов диффepeнциpовки и в пpисут

Клетки, дифференцированные из ИПСК, потенци

ствии фaктоpов, обeспeчивaющих сaмоподдep

ально могут быть использованы для заместитель

жaниe, ЭСК пpодолжaют дeлeниe бeз измeнeния

ной терапии при лечении диабета, дистрофии

моpфологичeских хapaктepистик. Cменив усло

сетчатки, нейродегеративных патологий и т.д.

вия культивирования, можно получить контро

В этом номере журнала «Биохимия» представ

лируемую дифференцировку ЭСК в клетки про

лены экспериментальные работы, в которых

изводные всех трех зародышевых листков. ЭСК

объектами исследования являются ИПСК: в од

мыши стали незаменимым инструментом для

них случаях они использованы для изучения

изучения функций генов, сделав возможным

функций конкретных генов, в других - для мо

получение животных с генетической инактива

делирования заболеваний или в качестве тест

цией гена интереса. ЭСК человека представля

систем. Также одна из оригинальных работ нап

ют собой уникальный объект для исследования

равлена на решение одного очень важного фун

ранних этапов эмбрионального развития. Кро

даментального вопроса: какова иерархия МСК

ме того, все более реальной становится возмож

костного мозга. Несколько обзоров посвящены

ность практического терапевтического приме

проблемам происхождения гематопоэтических

нения технологий с использованием дифферен

стволовых клеток, половых клеток и воспроиз

цированных производных ЭСК, например, пиг

ведения in vitro процесса их образования, а так

ментного эпителия сетчатки, нейронов, инсу

же роли внеклеточного матрикса в самоподдер

лин продуцирующих клеток.

жании и дифференцировке стволовых клеток.

Разработанная в 2006 г. японскими учеными

Таким образом, разнообразие стволовых

Takahashi и Yamanaka [8] технология генетическо

клеток и многочисленные аспекты их биологии,

го репрограммирования соматических клеток до

которые изучаются в современной биомедици

плюрипотентного состояния позволяет из сома

не, а также широкий спектр проблем, затрону

тических клеток взрослого организма, таких как,

тых в этом издании, побудили составителей спе

например, фибробласты кожи, получить в лабо

циального номера журнала назвать этот выпуск

раторных условиях индуцированные плюрипотент

«Такие разные стволовые клетки».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ramalho Santos, M., and Willenbring, H. (2007) On the

Goodell, M.A., Nguyen, H., and Shroyer, N. (2015)

origin of the term «stem cell», Cell Stem Cell, 1, 35-38,

Somatic stem cell heterogeneity: diversity in the blood, skin

doi: 10.1016/j.stem.2007.05.013.

and intestinal stem cell compartments, Nat. Rev. Mol. Cell

Maximow, A.A. (1909) Der Lymphozyt als gemeinsame

Biol., 16, 299-309, doi: 10.1038/nrm3980.

Stammzelle der verschiedenen Blutelemente in der embry

Evans, M.J., and Kaufman, M.H. (1981) Establishment in

onalen Entwicklung und im postfetalen Leben der

culture of pluripotential cells from mouse embryos, Nature,

Saugetiere, Folia Haematologica, 8, 125-134.

292, 154-156.

Friedenstein, A.J., Chailakhjan, R.K., and Lalykina, K.S.

Thomson, J.A., Itskovitz Eldor, J., Shapiro, S.S., Waknitz, M.A.,

(1970) The development of fibroblast colonies in monolay

Swiergiel, J.J., Marshall, V.S., and Jones, J.M.

(1998)

er cultures of guinea pig bone marrow and spleen cells, Cell

Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts,

Tissue Kinet., 3, 393-403.

Science, 282, 1145-1147.

Becker, A.J., McCulloch, E.A., and Till, J.E.

(1963)

Takahashi, K., and Yamanaka, S. (2006) Induction of

Cytological demonstration of the clonal nature of spleen

pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult

colonies derived from transplanted mouse marrow cells,

fibroblast cultures by defined factors, Cell, 126, 663-676.

Nature, 197, 452-454.

БИОХИМИЯ том 84 вып. 3 2019

296

ЛАГАРЬКОВА

SUCH VARIOUS STEM CELLS

M. A. Lagarkova

Federal Research and Clinical Center of Physical Chemical Medicine,

Federal Medical Biological Agency, 119435 Moscow, Russia;

E mail: lagar@rcpcm.org

Received December 19, 2018

Revised December 24, 2018

Accepted December 24, 2018

Perhaps there is no more intriguing topic in modern biology than the stem cells. The growing interest in stem cells is

dictated by the ability of stem cells both to self renew and to differentiate, at least, into several cell types. If we learn

to influence these properties or reproduce them in vitro, it will be possible to effectively use stem cells or their differen

tiated derivatives in medicine. Fundamental knowledge of the mechanisms of self maintenance and differentiation of

stem cells is important for understanding a variety of processes - from embryogenesis to aging and oncogenic trans

formation. The purpose of this issue is to introduce readers to different areas of research of mammalian stem cells,

including human stem cells. These are review articles and research papers, and the authors hope that they will be of

interest to biochemists, cell biologists and specialists in the field of biomedicine.

Keywords: stem cells, mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, embryonic stem cells, induced pluripotent

stem cells, differentiation

БИОХИМИЯ том 84 вып. 3 2019