PURA MUÑOZ-CÁNOVES: Dedicated to the job
termin komórki macierzyste został ukuty pod koniec XIX wieku,aby zaproponować pojęcie wspólnej komórki progenitorowej dla różnych linii krwi1, 2. Istnienie tego progenitora, zwanego hematopoetyczną komórką macierzystą (HSC), zostało ostatecznie udowodnione w latach 60. Odkrycie HSCs doprowadziło do zdefiniowania koncepcji komórki macierzystej jako samoodnawiającej się komórki umieszczonej na szczycie hierarchii, dając początek szeregowi w pełni zróżnicowanych, wyspecjalizowanych typów komórek na końcu gałęzi hierarchii., Ten typ dedykowanych dorosłych komórek macierzystych został zidentyfikowany w kilku tkankach.
drugim wyraźnym przykładem dedykowanej populacji komórek macierzystych są komórki satelitarne mięśni szkieletowych4. Istnieje wiele podobieństw między tymi komórkami i HSCs. Oba Przebywają w wyspecjalizowanych, ochronnych niszach-HSCs w szpiku kostnym i komórkach satelitarnych w wiązkach włókien mięśniowych (miofibres). Nisza umożliwia istnienie obu typów komórek w stanie uśpienia do czasu potrzebnego, dzieląc jak najmniej, aby zminimalizować ryzyko gromadzenia szkodliwych mutacji genetycznych., Podobnie jak HSCs, komórki satelitarne są aktywowane i dzielone w odpowiedzi na uszkodzenia, a następnie samoodnawiają się i różnicują w nowo zregenerowane włókna mięśniowe wzdłuż jednokierunkowej, hierarchicznej ścieżki5 (rys. 1a).
Rysunek 1 | profesjonalne i fakultatywne komórki macierzyste. a, komórki satelitarne są dedykowaną (profesjonalną) populacją komórek macierzystych mięśni. W normalnych warunkach (w homeostazie) komórki satelitarne są uśpione(nie pokazano)., Po uszkodzeniu mięśni, komórki macierzyste zaczynają się samoodnawiać (zakrzywiona strzałka) i dają początek serii potomstwa pośredniego. Kaskada różnicowania kończy się tworzeniem w pełni zróżnicowanych, dojrzałych komórek mięśniowych zwanych miofibrami, które zawierają wiele jąder. b, natomiast wątroba nie zawiera znanych profesjonalnych komórek macierzystych. W homeostazie komórki progenitorowe zarówno głównego typu komórek wątroby (hepatocyty), jak i komórki dróg żółciowych utrzymują własne populacje poprzez proliferację., Po uszkodzeniu, te unipotent progenitors mogą również nabyć bi-potencjalny progenitor stan( tutaj pokazano dla komórki kanałowej), z którego mogą się samoodnawiać i dać początek zarówno hepatocytom jak i komórkom kanałowym. To, czy w homeostazie istnieje dwu-silny progenitor, nie zostało jeszcze potwierdzone(nie pokazano).
HSCs zostały po raz pierwszy zidentyfikowane poprzez eksperymenty wykazujące, że szpik kostny może ponownie zaludnić układ krwionośny myszy, których własny szpik został zniszczony3., Podobnie, badania śledzenia komórek i eksperymenty, w których komórki satelitarne zostały zaszczepione do uszkodzonych mięśni wykazały, że naprawa włókien miofibre wymaga bezpośredniego udziału komórek satelitarnych. Ponadto myszy genetycznie zubożone z komórek satelitarnych nie mają zdolności do tworzenia nowych włókien miofibres, potwierdzając komórki satelitarne jako prawdziwe dorosłe komórki macierzyste (recenzja w ref. 5).
ale chociaż próby znalezienia tak rzadkich, 'profesjonalnych' komórek macierzystych odniosły sukces w niektórych tkankach, w innych procesy podobne do komórek macierzystych mogą być bardziej zróżnicowane., Rzeczywiście, staje się jasne, że w niektórych przypadkach naprawa może obejmować regresję zróżnicowanych komórek do mniej zróżnicowanego stanu, z którego ponownie zaludniają tkankę. Jest to w wyraźnym przeciwieństwie do sytuacji we krwi i mięśniach szkieletowych; dedifferentiacja innych niszowych typów komórek nie może zrekompensować STRAT HSC lub komórek satelitarnych6, 7.,
brak oczywistych fizycznych populacji komórek macierzystych w niektórych tkankach skłonił coraz bardziej rygorystyczne wyzwania do definicji dorosłych komórek macierzystych jako dyskretnych jednostek, które podążają jednokierunkową hierarchię, i doprowadził do wezwań do nacisku na bardziej zróżnicowane, plastyczne właściwości komórek macierzystych. Ale przesunięcie ostrości z dala od profesjonalnych komórek macierzystych ryzyko negowania korzyści z identyfikacji i zrozumienia tych dedykowanych populacji.,
możliwość wykorzystania profesjonalnych komórek macierzystych do eksperymentów szczepienia sprawia, że komórki łatwiej wykorzystać do terapii i eksperymentów niż bardziej plastikowych populacji komórek macierzystych podobnych. Transplantacja HSC jest coraz częściej stosowana w leczeniu wielu chorób, w tym chorób krwi,zaburzeń metabolicznych i immunologicznych oraz niektórych nowotworów8. Przeszczepy komórek satelitarnych są obiecującym narzędziem w leczeniu chorób mięśni, szczególnie tych związanych ze zmniejszoną liczbą komórek satelitarnych i upośledzoną zdolnością regeneracyjną, takich jak związane ze starzeniem się i dziedziczne zaburzenia mięśniowe9., Pośród wezwań do poszerzenia definicji komórek macierzystych, powinniśmy pamiętać, że jeszcze nieznane, dedykowane populacje komórek macierzystych mogą nadal czekać na odkrycie. Ich identyfikacja może mieć poważne implikacje kliniczne.
MERITXELL HUCH: regeneracja na wezwanie
w przeciwieństwie do komórek macierzystych krwi i mięśni, które znajdują się w chronionych niszach, tkanki nabłonkowe, które linia lub pączek off z rur ciała są często narażone na zewnętrzne lub wewnętrzne stresory., HSC-jak rozgałęzienia hierarchii, w którym pojedynczy progenitor siedzi na szczycie bezpośredniej linii Potomków wydaje się bardzo niebezpieczne ewolucyjne rozwiązanie dla tego typu tkanki-zależność od pojedynczego „master” komórki umieścić tkanki na ryzyko rozpadu, jeśli ten typ komórki umrzeć. Alternatywne podejście polegające na nakładaniu się hierarchii z dwoma lub więcej punktami wejścia wydaje się bezpieczniejszym sposobem rozwiązania problemu. Ten pomysł sugeruje, że fakultatywne komórki macierzyste, które mogą działać jako komórki macierzyste w razie potrzeby, ale nie zawsze tak robią, muszą istnieć.,
na debatę na temat tego, czy hierarchiczny model podobny do HSC pasuje do innych systemów10 wpłynęła tendencja badaczy do uznania normalnej konserwacji narządów (homeostazy) za równoważną regeneracji i naprawie, pomimo wysoce rozbieżnych wewnętrznych reakcji komórkowych zaangażowanych w te dwa zjawiska. Naprawa często wymaga wyższego poziomu proliferacji niż homeostaza — dlatego komórki macierzyste kości, które mogą pośredniczyć w homeostazie, nie zawsze mogą ponownie zaludnić uszkodzoną tkankę. Tutaj wchodzą fakultatywne komórki macierzyste.,
jeden z przykładów tego zjawiska można znaleźć w nabłonku jelitowym, który jest silnie proliferacyjny zarówno w homeostazie, jak i po urazie. Populacja dedykowanych komórek macierzystych utrzymuje tę tkankę w normalnych warunkach. Są one znane jako krypto-bazowe komórki kolumnowe i samoodnawiają się i różnicują w kilka rodzajów komórek11. Jednakże, jeśli tkanka jest uszkodzona lub populacja komórek macierzystych zubożona, komórki nieproliferacyjne, które zaczęły się różnicować lub nawet w pełni dojrzały, mogą powrócić do stanu podobnego do komórek macierzystych, aby pomóc w ponownym zaludnieniu tkanek11., Tak więc, plastyczność komórkowa jest kluczem do utrzymania jelit w różnych warunkach.
W przeciwieństwie do jelita, większość tkanek przechodzi przemianę komórkową tylko powoli w życiu codziennym i wykazuje zwiększoną zdolność proliferacyjną, która umożliwia im naprawę niektórych (ale nie wszystkich) struktur po urazie. Jednak kilka tkanek, które zazwyczaj mają niskie obroty, w tym wątroba i płuca, może całkowicie zregenerować się po urazie. Komórki, które umożliwiają tę niezwykłą odpowiedź zostały szeroko zbadane i dostarczyły dalszych przykładów fakultatywnych komórek macierzystych.,
płuco, podobnie jak jelito, ma populację prawdziwych komórek macierzystych „podobnych do HSC”, które utrzymują drogi oddechowe za pomocą homeostazy. Po urazie Dojrzałe, zróżnicowane komórki zwane komórkami klubowymi mogą oddzielić się i zachowywać jak fakultatywne komórki macierzyste12,13. Natomiast istnienie jakichkolwiek dedykowanych komórek macierzystych w wątrobie nie zostało jeszcze potwierdzone. Podczas homeostazy dwa typy komórek wątrobowych, hepatocyty i komórki przewodowe, wydają się utrzymywać swoje odpowiednie typy komórek poprzez proliferację., Jednak po uszkodzeniu, przynajmniej u ryb danii14 i mice15, fakultatywne komórki macierzyste powstają ze zróżnicowanych komórek zwanych cholangiocytami. U myszy cholangiocyty powracają do stanu przypominającego dwa silne komórki macierzyste, który ułatwia regenerację zarówno hepatocytów, jak i komórek przewodowych15 (rys. 1b).
te trzy przykłady podkreślają sposoby, w jakie różne narządy rozwiązały podobne problemy., Przywodzi to na myśl presję doboru naturalnego, która prowadzi różne grupy zwierząt do różnych rozwiązań wspólnych problemów siedliskowych — na przykład do opracowania różnych strategii walki z ekstremalną zimną pogodą na biegunach. Kuszące jest spekulowanie, że walka o utrzymanie tkanek w wymagającym środowisku, które wiąże się ze stałą rotacją i narażeniem na uszkodzenia, doprowadziła do istnienia szeregu strategii zapasowych, dzięki którym fakultatywne komórki macierzyste pomagają zapewnić integralność tkanek., Definicja komórek macierzystych, która obejmuje istnienie pełnego zakresu tych plastikowych typów komórek jest niezbędna, jeśli mamy naprawdę zrozumieć naturę regeneracji.