Модели на стыке клеточной биологии и геномики

Истоки всех сил развития ЦНС изначально концентрируются в монослое нейроэктодермы зародыша. Начальный морфогенез мозга представляет диалог "soft-сигналов" с провизорными клетками нервной трубки, включающий скрытый латентный период преобразования soft-signals в новые молекулярные устройства и новый фенотип клеток. Программы меняют устройство клеток через набор транскрипционных факторов. Устройство клеток определяет их судьбу и функции. Эмбриогенез ЦНС – это многократный рост численности с одновременным кардинальным обновлением клеток. Одиночные стволовые клетки превращались в сеть прогениторных клеток, которые в ходе миграции дифференцировались в специализированные линии нейронов и глии. В ходе гаструляции монослой примитивной нейроэктодермы (эпибласта) превращается в три зародышевых листка: экто-, мезо- и эндодерму. Значительная часть первичной эктодермы трансформируется в нейроэктодерму - провизорный орган и временный банк основной массы некоммитированных стволовых клеток. Три зародышевых слоя генерируют плюрипотентные стволовые клетки. Образование эктодермы и мезодермы происходит in vitro из тотипотентных клеток тератокарциномы или ЭСК. Удаление из среды культивирования LIF и слоя фидера вело к остановке пролиферации. Постмитотические незрелые клетки дифференцировались в эмбриоидные тельца. Варьируя комбинацией ростовых факторов/индукторов, направляли дифференцировку агрегатов ЭСК в сторону эктодермы или мезодермы. Хотя НСК удавалось получить из ЭСК в культуре, этот путь, как мы увидим, методически труден и пока работает лишь в микромасштабе. Вырастить нейросферы из клеток первичной нейроэктодермы пока также не удалось. В то же время культуру НСК получили практически без проблем из всех отделов развивающегося мозга. Интересен механизм роста клонов НСК. Прогениторные клетки, покидающие клон, подвергались рестрикционному созреванию. Часть клеток вне клона направленно мигрировала в развивающемся мозге. Незаменимую роль в миграции прогениторных клеток играла сеть радиальной глии (РГ), которая опережающе возникала из нейромезенхимы, а также стволовых клеток хориоидного сплетения. Большинство дефинитивных структур мозга млекопитающих и человека собрано из пришлых клеток.

Быстрый прогресс в методах выращивания ЭСК и НСК был обусловлен несколькими обстоятельствами. Во-первых, метод двойной рекомбинантной делеции (нокаута) материнской и отцовской аллели гена в ЭСК приоткрыл роль многих «ранних» генов органогенеза и нейруляции. С помощью knockout-мутаций составлена карта расположения главных генов на хромосомах, реестр их функций, место и время действия в нервной трубке, прозо- и ромбомерах. Во-вторых, пересадки стабильно меченых НСК/прогениторных клеток в мозг развивающихся зародышей дали метод количественного подсчета founder cells в коре, мозжечке, гиппокампе. С помощью меченых НСК составлена карта "миграции" клонов в растущем развивающемся мозге. В-третьих, культура эксплантатов помогла расшифровке эпигеномных механизмов нейрогенеза (индукция нервной пластинки, регионализация нервной трубки, селекция клеток апоптозом, направленная миграция прогениторных популяций, терминальная дифференцировка постмитотических клеток).

Стволовые клетки начинают все программы поэтапного развития мозга как у млекпитающих, так и у человека. Software созревания нейрональных стволовых клеток in situ и in vitro остается ключем к практическим целям, имея в виду направленную регенерацию поврежденного спинного и головного мозга.

НСК мозга млекопитающих и человека характеризуются следующими особенностями: 1) возникают естественным путем в нервной трубке 2) имеют "минимальный" белковый фенотип 3) делятся ассимметрично, либо симметрично в клонах 4) сохраняют потенцию к максимальному числу делений в незрелом состоянии

5) сохраняют плюрипотентность - способность дифференцироваться в любую специализированную линию нейронов, олигодендроцитов или астроглии 6) сохраняют мультипотентность в реципиентной ткани 7) сохраняют фенотипическую гетерогенность в разных отделах мозгах (в том числе к сигналам пролиферации и дифференцировки) 7) хорошо выживают в изолированной мозговой ткани при +4 С 8) Имеют ограниченный набор "маркерных" молекул для идентификации. Белковый репертуар и антигенный "профиль" НСК много беднее, чем нейронов и глии.