Типы клетки: Клетка — все статьи и новости

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

https://ria.ru/20210220/kletki-1598229587.html

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека — РИА Новости, 20.02.2021

«Гибнут тонны клеток». Как полностью обновить организм человека

Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность… РИА Новости, 20.02.2021

2021-02-20T08:00

2021-02-20T08:00

2021-02-20T08:12

днк

клетки

кровь

наука

биология

здоровье

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/155159/83/1551598383_0:319:3072:2047_1920x0_80_0_0_ea67ef115b9d82f17c8005e922b28fc0.jpg

МОСКВА, 20 фев — РИА Новости, Альфия Еникеева. Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность слабеет. Но недавно российские ученые выяснили: процессами восстановления можно управлять. Непрерывная регенерацияШведский биолог Джонас Фрисен вместе с коллегами опубликовал в 2005 году работу со скучным названием «Ретроспективный мониторинг рождения человеческих клеток» («Retrospective Birth Dating of Cells in Humans»). Она посвящена продолжительности жизни отдельных клеток организма, которые, как доказали ученые, меняются по-разному в зависимости от типа. Одни — скажем, клетки кишечника — живут в среднем 10,7 года, другие — как эпителий — обновляются каждые пять дней. А некоторые неизменны на протяжении всей жизни — например, клетки сетчатки.Но читатели не из академической среды обратили внимание совсем на другие цифры — на среднюю продолжительность жизни человеческой клетки. По подсчетам Фрисена, она составляет от семи до десяти лет. Неправильная интерпретация этих данных, видимо, и породила миф о том, что тело полностью обновляется каждые семь лет. Однако это не так — процесс замещения старых клеток идет постоянно.»В течение жизни в теле человека образуются и погибают тонны клеток: разрушаются до аминокислот, липидов и нуклеотидов, из которых потом в тех же органах и тканях формируются новые. Регенерация идет за счет трех процессов: деления дифференцированных клеток, дифференцировки стволовых и перепрограммирования одних зрелых клеток в другие», — объясняет Всеволод Ткачук, директор Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, академик РАН. Ткань без шрамов и рубцовПо данным израильских ученых, за день в организме человека возникает 330 миллиардов новых клеток. Большинство принадлежит крови — это эритроциты и нейтрофилы. Они образуются из гематопоэтических клеток костного мозга, и на них приходится 86 процентов общей численности ежедневно появляющихся клеток. Еще 12 процентов — это эпителиальные клетки ЖКТ, а 1,1 процента — клетки кожи. На другие типы клеток, которые живут от нескольких дней до 15 лет (например, скелетные мышцы), остается меньше одного процента. Они образуются из плюрипотентных стромальных клеток, открытых в прошлом веке советским биологом Александром Фриденштейном. И именно они больше всего интересуют ученых.»Сегодня понятно, что источник обновления — стволовые клетки. Они трансформируются в клетки крови, нервных тканей, костей, хрящей, жира. С годами количество стволовых клеток уменьшается. Более того, в некоторых органах они иногда заканчиваются раньше времени: например, если человек серьезно болел. И к преклонному возрасту, когда этот ресурс очень нужен, его уже нет. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель. Когда мы научимся это делать, сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне его, как сейчас происходит в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии», — рассказывает Ткачук.По его словам, сейчас уже ясно, что мультипотентные стромальные клетки могут трансформироваться в другие клеточные типы под действием гормонов и особых белков — факторов роста. Именно их и пытаются идентифицировать специалисты, занятые в проекте академика «Фундаментальные проблемы регенеративной медицины: регуляция обновления и репарации тканей человека» (поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ). Участники проекта обнаружили белок, который позволяет восстанавливать ткани без образования рубцов.»Любое повреждение может заканчиваться формированием рубца. Это трагедия, если, например, задет спинной мозг: через рубец не прорастет ни сосуд, ни нерв. Но есть ткани, где после повреждения идет не фиброз, а регенерация. Например, так восстанавливаются кости. Или эндометрий — у молодых женщин он сотни раз погибает и возрождается без образования рубцов. Оказалось, что его клетки секретируют некий фактор, тормозящий фиброз. Если мы поймем, как им манипулировать, то сможем в будущем разработать препарат для регенерации поврежденных органов», — говорит ученый.Восстановленный мозгНамного дальше исследователи продвинулись в попытках восстановить мозг после инсульта. У больных мышей, которым вкалывали специальный препарат, размеры повреждений мозга значительно уменьшались.»В секретоме (так называют все вырабатываемые клеткой белки. — Прим. ред.) мультипотентных стромальных клеток есть два важных белка — нейротрофный фактор BDNF и урокиназа (uPA). Они стимулируют рост сосудов и нервных волокон. Если ввести эти белки в организм, то они будут действовать всего несколько часов, и толку от этого немного, ведь морфогенез у человека идет недели и месяцы, — продолжает академик. — Поэтому мы применили «эндогенный шприц» с этими веществами. Сконструировали плазмиды (обособленные от хромосом молекулы ДНК. — Прим. ред.), которые несли гены, ответственные за выработку BDNF и урокиназы. Затем ввели эту генетическую конструкцию в зону, где хотели прорастить сосуды или нервные окончания. Плазмида проникла в клетки ткани-мишени, транскрибировалась там, и клетки начали секретировать BDNF и uPA. В результате в местах концентрации этих белков проросли сосуды и аксоны, а поврежденный периферический нерв у мышей регенерировал».По его словам, результаты эксперимента помогут создать эффективное и безопасное средство для лечения геморрагического инсульта. Оно станет вторым на счету исследовательского коллектива. Так, недавно ученые разработали препарат против мужского бесплодия, изучив механизм восстановления сперматогенеза — образования мужских половых клеток — после повреждения. «Мы не ставили перед собой практических целей, просто анализировали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. Оказалось, если мы вносим в семенники секрет мезенхимных (мультипотентных стволовых. — Прим. ред.) клеток или же сами эти клетки, то восстанавливается и морфология органа, и сперматогенез. Мы проверили эти выводы на уровне одиночных клеток, затем на животных. Все работает, — подчеркивает Ткачук. — Сейчас препарат проходит доклинические исследования. Вообще, наши результаты говорят о возможности стимуляции регенеративных процессов путем воздействия на нишу стволовых клеток (так называют микроокружение стволовой клетки, необходимое для ее жизнедеятельности и координации ее поведения с нуждами организма. — Прим. ред.)». Академик отмечает, что человеческий организм — «самообновляющаяся машина» с мощным потенциалом регенерации и репарации. Уже известны сотни гормонов и белков, которые регулируют процессы образования и гибели клетки. Если понять, как ими правильно манипулировать, то в будущем появится совершенно новый вид регенеративной терапии. Она даст возможность не только лечить болезни, но и значительно продлевать жизнь.

https://ria.ru/20201026/kletki-1581559019.html

https://ria.ru/20190301/1551488034.html

https://ria.ru/20191203/1561927944.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn21.img.ria.ru/images/155159/83/1551598383_540:299:2872:2048_1920x0_80_0_0_de241265c1c09412b6d841daeb559217.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

днк, клетки, кровь, биология, здоровье

МОСКВА, 20 фев — РИА Новости, Альфия Еникеева. Каждую секунду в организме человека обновляется почти 3,8 миллиона клеток. В день — около 330 миллиардов. С возрастом или из-за болезней эта способность слабеет. Но недавно российские ученые выяснили: процессами восстановления можно управлять.

Непрерывная регенерация

Шведский биолог Джонас Фрисен вместе с коллегами опубликовал в 2005 году работу со скучным названием «Ретроспективный мониторинг рождения человеческих клеток» («Retrospective Birth Dating of Cells in Humans»). Она посвящена продолжительности жизни отдельных клеток организма, которые, как доказали ученые, меняются по-разному в зависимости от типа. Одни — скажем, клетки кишечника — живут в среднем 10,7 года, другие — как эпителий — обновляются каждые пять дней. А некоторые неизменны на протяжении всей жизни — например, клетки сетчатки.

Но читатели не из академической среды обратили внимание совсем на другие цифры — на среднюю продолжительность жизни человеческой клетки. По подсчетам Фрисена, она составляет от семи до десяти лет. Неправильная интерпретация этих данных, видимо, и породила миф о том, что тело полностью обновляется каждые семь лет. Однако это не так — процесс замещения старых клеток идет постоянно.

«В течение жизни в теле человека образуются и погибают тонны клеток: разрушаются до аминокислот, липидов и нуклеотидов, из которых потом в тех же органах и тканях формируются новые. Регенерация идет за счет трех процессов: деления дифференцированных клеток, дифференцировки стволовых и перепрограммирования одних зрелых клеток в другие», — объясняет Всеволод Ткачук, директор Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М. В. Ломоносова, академик РАН. 26 октября 2020, 12:51Распространение коронавирусаВ МГУ выяснили, что стволовые клетки человека могут заражаться SARS-CoV-2

Ткань без шрамов и рубцов

По данным израильских ученых, за день в организме человека возникает 330 миллиардов новых клеток. Большинство принадлежит крови — это эритроциты и нейтрофилы. Они образуются из гематопоэтических клеток костного мозга, и на них приходится 86 процентов общей численности ежедневно появляющихся клеток. Еще 12 процентов — это эпителиальные клетки ЖКТ, а 1,1 процента — клетки кожи.

На другие типы клеток, которые живут от нескольких дней до 15 лет (например, скелетные мышцы), остается меньше одного процента. Они образуются из плюрипотентных стромальных клеток, открытых в прошлом веке советским биологом Александром Фриденштейном. И именно они больше всего интересуют ученых.

«Сегодня понятно, что источник обновления — стволовые клетки. Они трансформируются в клетки крови, нервных тканей, костей, хрящей, жира. С годами количество стволовых клеток уменьшается. Более того, в некоторых органах они иногда заканчиваются раньше времени: например, если человек серьезно болел. И к преклонному возрасту, когда этот ресурс очень нужен, его уже нет. Пока мы не знаем, как регулировать клеточную гибель. Когда мы научимся это делать, сможем управлять процессами обновления внутри организма, а не выращивать что-то вне его, как сейчас происходит в рамках тканевой инженерии и генно-клеточной терапии», — рассказывает Ткачук.

По его словам, сейчас уже ясно, что мультипотентные стромальные клетки могут трансформироваться в другие клеточные типы под действием гормонов и особых белков — факторов роста. Именно их и пытаются идентифицировать специалисты, занятые в проекте академика «Фундаментальные проблемы регенеративной медицины: регуляция обновления и репарации тканей человека» (поддержан грантом Президентской программы исследовательских проектов РНФ).

Участники проекта обнаружили белок, который позволяет восстанавливать ткани без образования рубцов.

«Любое повреждение может заканчиваться формированием рубца. Это трагедия, если, например, задет спинной мозг: через рубец не прорастет ни сосуд, ни нерв. Но есть ткани, где после повреждения идет не фиброз, а регенерация. Например, так восстанавливаются кости. Или эндометрий — у молодых женщин он сотни раз погибает и возрождается без образования рубцов. Оказалось, что его клетки секретируют некий фактор, тормозящий фиброз. Если мы поймем, как им манипулировать, то сможем в будущем разработать препарат для регенерации поврежденных органов», — говорит ученый.

Восстановленный мозг

Намного дальше исследователи продвинулись в попытках восстановить мозг после инсульта. У больных мышей, которым вкалывали специальный препарат, размеры повреждений мозга значительно уменьшались.

«В секретоме (так называют все вырабатываемые клеткой белки. — Прим. ред.) мультипотентных стромальных клеток есть два важных белка — нейротрофный фактор BDNF и урокиназа (uPA). Они стимулируют рост сосудов и нервных волокон. Если ввести эти белки в организм, то они будут действовать всего несколько часов, и толку от этого немного, ведь морфогенез у человека идет недели и месяцы, — продолжает академик. — Поэтому мы применили «эндогенный шприц» с этими веществами. Сконструировали плазмиды (обособленные от хромосом молекулы ДНК. — Прим. ред.), которые несли гены, ответственные за выработку BDNF и урокиназы. Затем ввели эту генетическую конструкцию в зону, где хотели прорастить сосуды или нервные окончания. Плазмида проникла в клетки ткани-мишени, транскрибировалась там, и клетки начали секретировать BDNF и uPA. В результате в местах концентрации этих белков проросли сосуды и аксоны, а поврежденный периферический нерв у мышей регенерировал».

1 марта 2019, 19:13НаукаУченые впервые омолодили стволовые клетки в мозге мышей

По его словам, результаты эксперимента помогут создать эффективное и безопасное средство для лечения геморрагического инсульта. Оно станет вторым на счету исследовательского коллектива. Так, недавно ученые разработали препарат против мужского бесплодия, изучив механизм восстановления сперматогенеза — образования мужских половых клеток — после повреждения.

«Мы не ставили перед собой практических целей, просто анализировали на модели, как идет сперматогенез, как он включается и выключается. Оказалось, если мы вносим в семенники секрет мезенхимных (мультипотентных стволовых. — Прим. ред.) клеток или же сами эти клетки, то восстанавливается и морфология органа, и сперматогенез. Мы проверили эти выводы на уровне одиночных клеток, затем на животных. Все работает, — подчеркивает Ткачук. — Сейчас препарат проходит доклинические исследования. Вообще, наши результаты говорят о возможности стимуляции регенеративных процессов путем воздействия на нишу стволовых клеток (так называют микроокружение стволовой клетки, необходимое для ее жизнедеятельности и координации ее поведения с нуждами организма. — Прим. ред.)».

Академик отмечает, что человеческий организм — «самообновляющаяся машина» с мощным потенциалом регенерации и репарации. Уже известны сотни гормонов и белков, которые регулируют процессы образования и гибели клетки. Если понять, как ими правильно манипулировать, то в будущем появится совершенно новый вид регенеративной терапии. Она даст возможность не только лечить болезни, но и значительно продлевать жизнь.

3 декабря 2019, 18:57НаукаУченые придумали, как лечить рак стволовыми клетками

Стволовые клетки | PBKM ITK RU

Стволовые клетки | PBKM ITK RU

Brak obsługi JavaScript

Niektóre funkcje na tej stronie mogą być niedostępne. Do pełnej funkcjonalności strony potrzebujesz włączonej obsługi skryptów.

Стволовые клетки (англ. stem cells) представляют собой пул первичных неспециализированных клеток, которые могут быть преобразованы в любую клетку человеческого тела. Стволовые клетки характеризуются почти неограниченной способностью к делению. Их основная функция в организме человека — это замена старых, «изношенных» новыми, полностью сформированными и готовыми к работе клетками.

Как мы делим стволовые клетки?

Стволовые клетки можно разделить с точки зрения их происхождения:

• Эмбриональные стволовые клетки— появляются только на самых ранних стадиях развития человека — эмбриональном развитии. Именно в них кодируется генетическая информация, содержащая инструкции о создании человеческого организма.
• Соматические стволовые клетки— их можно найти почти в каждой ткани человеческого тела. Они способны производить специализированные клетки или создавать клеточные линии, из которых создаются клетки-мишени на более поздних стадиях развития.

Стволовые клетки также делятся с точки зрения их способности дифференцировать:

1. Тотипотентные клетки— это единственные клетки в организме, которые могут дифференцироваться в клетки любого типа в организме — они способны создать весь организм. Пример самой основной тотипотентной клетки представляет собой клетку, созданную в результате оплодотворения — зиготу, или последующие клетки, которые являются результатом дальнейшего развития зиготы — бластомеры.
2. Плюрепотентные клетки— следующие клетки, формирующиеся после бластомеров, на следующей стадии развития оплодотворенной клетки — зиготы. Они являются клетками, которые обладают способностью дифференцироваться в каждый из трех типов человеческих компонентов во время развития до рождения — зародышевые листки: мезодерму, эктодерму и энтодерму. Эти клетки также могут порождать клетки любого типа — они только не могут преобразоваться снова в тотипотентные клетки, которые присутствуют в начале развития человека.
3. Мультипотентные клетки— возникающие в «единственной» области одного зародышевого листка. Эти клетки могут быть преобразованы во все типы клеток только в пределах определенного зародышевого листка, из которого они происходят. Например, внутри мезодермы может образоваться костный мозг, кровь или мышечные клетки, эта группа включает гемопоэтические стволовые клетки, происходящие из пуповинной крови человека.
4. Унипотенциальные клетки— последние в развитии — уже дифференцированы только к одному — определенному типу зрелых клеток (например, эпителиальных клеток), сохраняя при этом способность делиться, по сравнению со зрелыми клетками

Używamy plików cookies, aby ułatwić Ci korzystanie z naszego serwisu oraz do celów statystycznych. Jeśli nie blokujesz tych plików, to zgadzasz się na ich użycie oraz zapisanie w pamięci urządzenia. Pamiętaj, że możesz samodzielnie zarządzać cookies, zmieniając ustawienia przeglądarki. Więcej informacji w naszej
Политика конфиденциальности

Akceptuję
Zamknij okno

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки способны становится любой клеткой в теле (организме). Одной из их главных особенностей является их способность к самообновлению или увеличению количества в организме. Стволовые клетки могут становиться клетками крови, сердечной ткани, кожи, мускулов,  мозга и т.д.

Есть разные стволовые клетки, но все их виды имеют способность превращаться в разные виды клеток.

Вид стволовых клеток которыми богата пуповина такой же как и костный мозг. Этот тип клеток дает рост всем кровяным клеткам и является фундаментом нашей иммунной системы.

Красные кровяные тельца поставляют кислород.

Белые кровяные тельца борются с инфекциями.

Тромбоциты обеспечивают заживление тканей.

Пуповинная кровь остается в вене во время родов. Она богата стволовыми клетками и ее сохраняют для последующих медицинских нужд. Эти клетки способны лечить более 80 заболеваний и уже были использованы в качестве 30000 трансплантаций по всему миру.




Преимущества стволовых клеток из пуповинной крови

Стволовые клетки из пуповинной крови имеют огромное преимущество перед другими клетками (например по сравнению со стволовыми клетками из костной ткани):


1. Легко собирать.
2. При заборе нет риска ни для матери, ни для ребенка.
3. Они легче приживаются в организме.
4. Снижают риск отторжения при пересадке ребенку и лучше приживаются при пересадке близким родственникам.
5. Снижается риск заражения при пересадке.
6. Способны преодолевать гематоэнцефалический барьер и дифференцироваться в нейроны и другие клетки головного мозга, которые могут играть важную роль при лечении некоторых заболеваний мозга.

Характеристика 3 и 4 выше, в связи с тем, что стволовые клетки пуповинной крови являются иммунологически незрелыми. И в перспективе это означает, что стволовые клетки пуповинной крови способны на «обучение» функционировать нужным образом, поэтому они больше способны к взаимодействию к другим клеткам инородного тела.

Вышеуказанная 5 характеристика является причиной, почему стволовые пуповинной крови клетки окрестили «привилегированные», потому что они еще не подвержены воздействию большинства заболеваний и загрязнений окружающей средой, что лучше использовать при трансплантации , по сравнению со стволовыми клетками из костной ткани взрослого человека.

Наиболее важно и то, что эти клетки идеально подходят для пересадки именно Вашему ребенку и подходят его ближайшим родственникам в соотношении 1 к 4 (25%). Еще очень важно заметить, что идеальное совпадение не гарантирует, что они будут полезны при лечении всех заболеваний. 

 

Вирус Трансплантат против хозяина (РТПХ), может возникать непредсказуемо, когда клетки донора начинают атаковать получателя трансплантата и это может быть смертельным, по разным оценкам, это происходит в  60-80 процентов трансплантаций, где донор и реципиент не являются родственниками.

Про стволовые клетки из пуповинной ткани.

Пуповинная ткань сама по себе — это богатый источник стволовых клеток называемых мезенхимальными. У мезенхимальных стволовых клеток есть много уникальных функций, включая способность ингибировать воспаление после повреждения ткани, секретировать факторы роста, которые способствуют репарации тканей, а также дифференцироваться во многие другие типы клеток, включая нервные клетки, костные клетки, жировые клетки и хрящи. Мезенхимальные стволовые клетки все чаще используются в регенеративной медицине для широкого диапазона применений, включая болезни сердца и почек, ALS, заживление ран и лечении аутоиммунных заболеваний.

 Вся информация, представленная на сайте на русском языке, носит справочный характер и не может быть использована в медицинских или иных целях

В ожидании чуда. Стволовые клетки: друг? враг? панацея?

Большие надежды

Стволовой называют такую клетку, которая способна активно делиться и производить клетки разных типов. Это простое определение охватывает все многообразие известных на данный момент стволовых клеток. И его уже достаточно, чтобы возложить на эти клетки ответственность за наше счастливое будущее. Стволовые клетки часто напоминают невинных детей, у которых все впереди, за которыми будущее и чье сознание пока представляет собой чистый лист. Кому, как не им, сделать наш мир лучше.

Здесь стоит отметить, что в некотором роде стволовые клетки действительно представляют собой чистый лист. Можно изобразить развитие организма в виде дерева, в основе которого будет лежать зигота. Дальше каждое ветвление разделяет клетки на группы с определенной судьбой. Одни образуют ткани зародыша, другие — плаценту. Потом его побеги ветвятся дальше: одни клетки дают начало коже и ее производным, другие — кровеносной системе, третьи — костям… В результате множества ветвлений получаются клетки конкретного типа: лимфоциты, фоторецепторы, фибробласты и т.д. Если вернуться к сравнению с детьми, то можно представить себе жизненный путь школьного класса. Сначала они все учатся по одной программе и могут выбрать любую профессию, потом делятся на профили, потом специализируются и наконец сосредотачиваются на одной конкретной деятельности. При этом если мы возьмем взрослый организм, то в отличие от эмбриона «школьников младших классов» (т.е. стволовых клеток с большими перспективами) мы там не найдем. Большинство взрослых стволовых клеток, которые у каждого из нас прямо сейчас при себе, находятся скорее на стадии университета и могут дать только небольшой список производных.

Итак, у нас есть популяция клеток, из которых можно получить разные клеточные типы. Естественным образом возникает соблазн с их помощью «заделывать дыры», то есть использовать стволовые клетки для восстановления повреждений в организме. Сломали кость — впрыснули стволовые клетки — починили кость. Быстро и удобно. И, не дожидаясь результатов клинических исследований, одна за другой возникают клиники, предлагающие людям лечение «чудо-клетками». Заболевания, поддающиеся такому лечению, если верить некоторым сайтам, исчисляются десятками. Среди них обнаруживаются даже те, которые не связаны напрямую с гибелью клеток (и потому, по идее, не поддающиеся лечению методом «просто добавим нужных клеток»), такие как синдром Дауна или сахарный диабет второго типа (нечувствительность к инсулину). Но и для тех, кому посчастливилось избежать болезней из списка, в клиниках находятся приманки. Если стволовые клетки подобны детям, у которых все еще впереди, то, попадая в организм, они должны и его делать моложе. Поэтому интернет изобилует предложениями процедур локального (косметического) и полного омоложения организма. Правда, как измерять степень омоложения, тоже пока неизвестно.

Из плюрипотентных (эмбриональных) можно получить только ткани плода (но не ткани плаценты). Во взрослом организме можно обнаружить только мультипотентные клетки (могут дать несколько типов клеток) и унипотентные (могут дать только один тип). Mike Jones / Wikimedia commons / CC BY-SA 2.5

Большие неприятности

Что же стоит на пути превращения стволовых клеток в панацею и эликсир молодости и мешает нам верить подобным предложениям? Представим организм в виде страны, терпящей бедствие, например землетрясение или цунами. Гибнут люди (клетки), разрушаются дома (ткани) и целые города (органы). Мы решаем помочь этой стране и засылаем туда десант школьников средних классов. Просто ссаживаем с вертолета (вводим внутривенно) и смотрим, что там с ними будет происходить. Нам хотелось бы, чтобы дети сами определили, где в стране беда, добрались до места и восполнили бы дефицит рабочей силы. Пусть, думаем мы, они сами найдут сильнее всего пострадавший город, оценят, что именно пожарников и кондитеров там практически не осталось, оперативно освоят эти профессии, перенимая опыт у выживших, и приступят к делу.

Однако на деле так бывает далеко не всегда. Дети могут разбрестись по стране и потеряться, тогда никакого эффекта мы не заметим. Они могут освоить любые профессии, в том числе и не самые нужные. В худшем случае они могут, воспользовавшись всеобщей анархией, построить себе отдельный город (опухоль) и обосноваться там, мародерствуя в окружающих поселениях. Печальным жизненным примером здесь может служить история Джима Гасса, американца, страдавшего от частичного паралича вследствие инсульта. Он прошел лечение в клиниках Китая, Аргентины и Мексики, где ему ввели не только взрослые, но и эмбриональные стволовые клетки. Результатом стала крупная опухоль в спинномозговом канале, почти полностью парализовавшая больного. При этом в сообщении исследователей, заинтересовавшихся этим случаем, утверждается, что опухоль образовалась из введенных в организм клеток, а не из собственных тканей пациента. Частично восстановить подвижность удалось только после лучевой терапии.

К счастью, таких случаев можно избежать, если не вводить во взрослый организм эмбриональные клетки. Как мы уже говорили, взрослые стволовые клетки обладают меньшим спектром возможностей, поэтому опухоли из них обычно не образуются. Однако даже неаккуратное обращение со взрослыми клетками может привести к неожиданным последствиям. Так, журнал Scientific American рассказывает о женщине, которой вводили стволовые клетки для «омоложения» лица, а итогом стало костное образование в ее глазу. Клетки были ее собственными, извлеченными из жировой ткани. Известно, что стволовые клетки жировой ткани могут давать разные соединительнотканные производные, среди которых хрящи и кости. Кроме клеток косметологи часто вводят под кожу неклеточные продукты для профилактики образования морщин. Один из них — соль кальция — предположительно, подействовал на стволовые клетки, направив их развитие в сторону кости. Иными словами, в этом случае группа школьников успешно освоила профессию строителей и возвела бетонную конструкцию прямо посреди аэродрома, принимающего гуманитарную помощь от других стран.

Большие достижения

Не всегда лечение стволовыми клетками заканчивается печально. Если использовать их аккуратно и следовать проверенным протоколам, то можно добиваться серьезных результатов. Например, в медицине давно используют пересадку костного мозга (содержащего стволовые кроветворные клетки) для восстановления кроветворения. Но стволовые клетки крови являются сейчас единственными стволовыми клетками, лечение которыми одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

Стволовые клетки жировой ткани пока не научились использовать напрямую, однако они известны своими противовоспалительными свойствами. Этим может объясняться улучшение при лечении ими самых разных заболеваний, сопровождающихся воспалением (нейродегенеративные, аутоиммунные и др.). И в Канаде уже одобрен препарат этих клеток, позволяющий избежать иммунного конфликта при трансплантации красного костного мозга.

Наконец, медицина не перестает нас радовать успехами в восстановлении эпителиальных тканей. В некотором смысле их воссоздать проще всего, поскольку они имеют легко воспроизводимую структуру (ровные слои клеток, лежащие друг на друге) и богаты делящимися клетками (для регулярного обновления). Так, для лечения ожогов и открытых ран разработано несколько эквивалентов кожи, состоящих из размноженных клеток пациента, которые отобраны из уцелевших участков. Они находятся на разной стадии клинических исследований, некоторые иногда применяются на практике, однако ни один из них пока не используется повсеместно. В Европе научились выращивать роговицу — наружную прозрачную оболочку глаза, тоже состоящую из ровных слоев клеток, но прозрачных, в отличие от кожи. Стволовые клетки берут из уцелевшей части роговицы и культивируют в лаборатории, что позволяет спасти зрение людям с тяжелыми повреждениями роговицы, например с ожогами. И совсем недавно мы радовались еще одному шедевру клеточной терапии — восстановлению кожи мальчика, страдающего буллезным эпидермолизом (врожденное генетическое заболевание, сопровождающееся отслоением кожного покрова). У него забрали часть стволовых клеток кожи, ввели в них исправленную копию гена и вырастили из них целые кожные пласты. При этом и взрослые клетки, и стволовые клетки получились здоровыми, и больше отслоений не возникало. Впрочем, пока это только разовый случай, и технологию предстоит подтвердить клиническими исследованиями.

Остерегайтесь подделок

Среди клеточных технологий, которые клиники используют для лечения пациентов, к сожалению, встречается довольно много сомнительных. Так, в США, как мы уже писали выше, официально одобрен только один вид терапии — для поддержания кроветворения. В то же время на июнь 2016 года в этой стране обнаруживалось 570 клиник, рекламирующих самые разнообразные применения стволовых клеток. И это феномен не сугубо американский — подобного хватает, в общем-то, везде.

Скриншот сайта клиники, предлагающей лечение стволовыми клетками овец

Вооружив читателя знаниями об актуальном состоянии регенеративной медицины, мы хотели бы напоследок упомянуть и основные ловушки, которые поджидают клиентов в рекламных текстах сомнительных клиник.

«Подобное лечится подобным». Вы можете встретить эти утверждения на сайтах, предлагающих лечение с помощью стволовых клеток растений или даже швейцарских овец. Вероятно, авторы подразумевают, что стволовые клетки разных живых организмов аналогичны. Увы, придется их разочаровать: никакие исследования этот тезис не подтверждают.

«Наивысшей степенью активности обладают эмбриональные клетки, их пересадка также осуществляется ближайшим родственникам». Мы уже говорили о том, чем заканчиваются такие пересадки. На данный момент в американской базе мировых клинических исследований нет ни одной технологии лечения, использующей эти клетки.

Длинные списки показаний к лечению. Некоторые клиники предлагают исцелить от десятков самых разнообразных болезней. Помним о том, что одобренные варианты терапии можно пересчитать по пальцам одной руки.

«Общее омоложение организма». Не очень ясно, что скрывается под этими словами. По всей видимости, это просто апелляция к метафоре «молодых клеток»: чем больше клеток, тем моложе организм.

«Лечение за рубежом». Эта фраза, обычно вызывающая образы заграничных блестящих клиник, в данном контексте должна скорее настораживать. Под зарубежными странами могут подразумеваться, например, Китай или страны Южной Америки, в которых, как отмечалось, стандарты клинических исследований невысоки, а данные не всегда прозрачны.

«Мы проводим успешную терапию стволовыми клетками уже более 20 лет». Стоит не полениться и свериться с законодательством страны, которая это лечение предлагает. В России, например, применять стволовые клетки для лечения разрешили только с начала 2017 года. Поэтому предыдущие 20 лет деятельность таких клиник была, видимо, весьма неоднозначной.

«Публикации». На некоторых сайтах можно встретить список публикаций по теме, подтверждающих эффективность терапии. Однако часто достаточно перехода по ссылке, чтобы обнаружить, что терапия показала какие-то результаты на мышах или на отдельных клеточных культурах. Из чего, конечно же, не следует эффективность и безопасность данного метода для людей.

III Конгресс по регенеративной медицине, вероятно, расскажет нам о последних достижениях из мира стволовых клеток. Но пока они остаются предметом активных споров и исследований, мы рекомендуем быть внимательными и с интересом следить за их судьбой с почтительного расстояния.

 Полина Лосева

Фазы деления клетки: митоз и мейоз, их сходства и различия

Что такое митоз

Первый способ деления соматической клетки — митоз. Материнская клетка разделяется на дочерние клетки, которые практически идентичны родительским с точки зрения генетической информации. Наследственная информация и количество хромосом у дочерних клеток такие же, как у родительской.

‍ Схема митоза
‍

Митоз — одна из фаз жизненного цикла клетки и механизм нормального роста тканей. Большую часть клеточного цикла занимает интерфаза, в течение которой протекает повседневная клеточная деятельность. Во время интерфазы происходит: 

• рост, 
• синтез белка и других органических веществ клетки, 
• образование новых органелл.

Во время интерфазы идёт активный синтез и накопление необходимых для деления клетки веществ. Интерфаза делится на три подфазы: 

• G1 — клетка становится больше, синтезируются белки, образуются одномембранные органоиды и рибосомы, готовясь к делению. В человеческой клетке 46 хромосом. Каждая хромосома, состоящая из одной хроматиды, напоминает неполую макаронину — она достаточно гибкая, чаще всего длина намного превышает ширину. Хроматида представляет собой 1 молекулу ДНК. 
• S — каждая хроматида копируется. Количество хромосом остаётся неизменным — 46, однако теперь каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид. Они соединяются в области, которая называется центромерой. В сумме в клетке получается 92 хроматиды.  
• G2 — продолжается рост клетки и синтез белков, нуклеиновых кислот. 

После стадии G2 клетка вступает в следующую фазу деления, а именно — сам митоз. Тут есть четыре подфазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В схемах деления гаплоидный набор хромосом обозначают буквой

n, а набор молекул ДНК (то есть хроматид) —  буквой с. Перед буквами указывают число гаплоидных наборов: 1n2с — гаплоидный набор удвоенных хромосом, 2n2с — диплоидный набор одиночных хромосом, 2n4с — диплоидный набор удвоенных хромосом.

‍Пример. В клетках человека гаплоидный набор составляют 23 хромосомы. Значит, запись 2n2с означает 46 хромосом и 46 хроматид, а 2n4с — 46 хромосом и 92 хроматиды. 

Рассмотрим подробнее фазы митоза:

• Профаза (2n4с) — спирализация хромосом, уменьшение их функциональной активности; репликация практически не идёт; разрушение оболочки ядра; образование веретена деления.
• Метафаза (2n4с) — прикрепление хромосом к нитям веретена деления; спирализация хромосом достигает максимума; хромосомы утрачивают свою функциональную активность, образуют экваториальную (метафазную) пластинку. 
• Анафаза (4n4c) — деление центромер; расхождение по нитям веретена сестринских хромосом. Анафаза заканчивается, когда центромеры достигают полюсов клетки.
• Телофаза (2n2c) — деспирализация хромосом; образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы; между дочерними клетками на экваторе образуется перетяжка. В растительных и грибных клетках в этом месте начинает закладываться клеточная стенка. 

Многие клетки вступают в фазу G0 после митоза и находятся в ней всю жизнь до гибели. Обычно это высокоспециализированные клетки, которые не могут совмещать эффективное выполнение своих функций и размножение. Например, в фазе G0 находится большинство нейронов головного мозга. 

Биологическое значение митоза — образование генетически одинаковых дочерних клеток с тем же набором хромосом, что был у материнской клетки. Сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. 

‍Как происходит митоз
‍

Что такое мейоз

Второй способ деления эукариотической клетки — мейоз. Во время такого процесса деления клетки получаются дочерние клетки, которые называются гаметы. У мужчин это сперматозоид, а у женщин яйцеклетка. Гаметы получают только половину генетической информации родительской клетки. Число хромосом уменьшается в два раза. 

 Схема мейоза
‍

Затем гаметы могут объединяться, образуя новую клетку, сочетающую генетическую информацию обеих клеток-родителей — зиготу. Процесс слияния половых клеток называется оплодотворением. Если зигота совершит цепь митозов, сформируется новый организм. 

Каждая гамета человека содержит 23 хромосомы — гаплоидный набор (n). Когда гаметы объединяются, получается зигота с 46 хромосомами — диплоидный набор (2n). 

Во время мейоза одна клетка с 46 хромосомами делится дважды. Первое деление называется мейоз I, второе деление называется мейоз II. Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна, и в ней не происходит удвоение ДНК. В результате образуются четыре дочерние клетки, каждая с 23 хромосомами. 

Мейоз I подразделяется на четыре фазы, аналогичные фазам митоза:

• Профаза I (2n4c) — занимает 90% времени. Происходит скручивание молекул ДНК и образование хромосом. Каждая хромосома состоит из двух гомологичных хроматид — 2n4c. Происходит конъюгация хромосом: гомологичные (парные) хромосомы сближаются и скручиваются, образуя структуры из двух соединённых хромосом — такие структуры называют тетрады, или биваленты. Затем гомологичные хромосомы начинают расходиться. При этом происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами. В результате этого процесса создаются новые комбинации генов в потомстве. Растворяется ядерная оболочка. Разрушаются ядрышки. Формируется веретено деления.
• ‍Метафаза I (2n4c) — биваленты выстраиваются на экваторе веретена деления, при этом ориентация центромер к полюсам абсолютно случайная.
• Анафаза I (хромосомный набор к концу анафазы: у полюсов — 1n2c, в клетке — 2n4c) — гомологичные хромосомы отходят к разным полюсам, при этом сестринские хроматиды всё ещё соединены центромерой. За счёт случайной ориентации центромер распределение хромосом к полюсам также случайно, так как нити веретена прикрепляются произвольно. 
• Телофаза I (1n2c) — происходит деспирализация хромосом. Если интерфаза между делениями длительна, может образоваться новая ядерная оболочка.

Мейоз I

Мейоз II подразделяется на четыре такие же фазы: 

• Профаза II (1n2c) — восстанавливается новое веретено деления, ядерная мембрана растворяется, если образовывалась в телофазе I.
• Метафаза II (1n2c) — хромосомы выстраиваются в экваториальной части веретена, а нити веретена прикрепляются к центромерам.
• Анафаза II (хромосомный набор у каждого полюса — 1n1c, в клетке — 2n2c) — центромеры расщепляются, двухроматидные хромосомы разделяются, и теперь к каждому полюсу движется однохроматидная хромосома. 
• Телофаза II (1n1c) — происходит деспирализация хромосом, формирование ядерных оболочек и разделение цитоплазмы; в результате двух делений из диплоидной материнской клетки получается четыре гаплоидных дочерних клетки. 

Мейоз II

Биологическое значение мейоза — образование гаплоидных клеток, отличающихся генетически друг от друга: половых клеток (гамет) у животных  и спор у растений. 

Отличие митоза от мейоза

1. В митозе одно деление, в мейозе два. 
2. Митоз — вид клеточного деления, который происходит в процессе роста и развития организма, а мейоз — в процессе образования половых клеток. 
3. При митозе образуются две диплоидные клетки, а при мейозе — четыре гаплоидные клетки. 
4. Митоз лежит в основе бесполого размножения в отличие от мейоза.
5. В результате митоза образуются генетически идентичные клетки, а в мейозе вследствие случайного расхождения хромосом и кроссинговера дочерние клетки генетически отличаются друг от друга. 

По промокоду

BIO92020 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса, по промокоду BIO102020 бесплатный доступ к курсу биологии 10 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Лимфоциты – клетки лимфатической системы

Лимфоциты, клетки‎ лимфатической системы‎, — это подгруппа белых кровяных телец (клетки крови). Они играют самую важную роль в иммунной зищите‎. Так как именно они способны целенаправленно распознавать возбудидетелей болезни, а также изменённые клетки собственного организма, а затем они их уничтожают.

Лимфоциты, также как и все другие клетки крови (то есть белые и красные кровяные тельца, а также кровяные пластинки — тромбоциты), вырастают в костном мозге‎. Там разные клетки крови появляются из единых клеток-предшественников, так называемых гемопоэтических стволовых клеток (стволовые клетки крови‎) и затем проходят через несколько стадий созревания.

Клетки-родоначальники, из которых непосредственно вырастают лимфоциты, называются лимфобластами. Они проходят через несколько стадий развития в костном мозге и/или в других лимфоидных органах, одновременно теряя свой внешний вид и свои свойства.

В конце этого развития возникают зрелые, то есть полностью рабочие лимфоциты. Они могут покидать костный мозг и органы лимфатичсекой системы, чтобы начать работать в крови, или в тканях организма.

В зависисмости от того, в в каком конкретно месте произошло окончательное созревание лимфоцитов, их делят на две большие группы: В-лимфоцит‎ы и Т-лимфоцит‎ы. В-лимфоциты созревают до полноценных клеток иммунной системы в том же органе, в котором появляются все лимфоциты, то есть в костном мозге. А Т-лимфоциты окончательно созревают в вилочковой железе‎.

Затем созревшие Т- и В-лимфоциты последовательно попадают в такие лимфоидные органы как селезёнка, лимфатические узлы‎ или миндалины. Оба вида лимфоцитов отвечают за иммунную защиту, однако при этом они выполняют разные задачи.

За что отвечают лимфоциты

Важныя задача созревших В-лимфоцитов, так называемых клеток плазмы, состоит в том, чтобы провизводить антитела‎. Антитела – это такие маленкие белковые молекулы, которые прикрепляются к возбудителям болезней. Благодаря этому они становятся видимыми как «чужаки» для макрофаг‎ов или для определённых Т-лимфоцитов (киллер-клетки).

Киллер-клетки из Т-лимфоцитов видят и уничтожают клетки орагнизма, заражённые вирусом, а также раковые клетки. Другие группы Т-лимфоцитов отвечают за то, чтобы организм помнил тех возбудителей болезни, с которыми он уже был в контакте. Они организовывают ввод в действие иммунных клеток и таким образом активируют или сдерживают иммунную систему‎.

Разные подтипы лимфоцитов выполняют свою работу по защите организма вместе и связаны друг с другом через определённые клеточные гормоны (лимфокины‎). То есть лимфатическая система – это такая очень комплексная сеть, которая состоит из клеток, тканей и механизмов регулирования для координации собственного иммунного ответа организма.

Типы pака — Neolife Tıp Merkezi

Что такое рак?

Что такое рак?

Типы рака

Рак – это распространенное название связанных заболеваний. При всех типах рака группа клеток в теле начинает бесконтрольно делиться и распространяться на окружающие ткани. Рак может начаться практически в любой части человеческого тела, состоящего из триллионов клеток. Обычно клетки человека растут и размножаются для формирования новых клеток, когда организм нуждается в этом. Клетки умирают, когда стареют или повреждаются. Новые клетки замещают умершие клетки.

Тем не менее, когда развивается рак, нормальное функционирование этого процесса ухудшается. По мере того как клетки постепенно перестают соответствовать норме, старые или поврежденные клетки продолжают жить, в то время как они должны умирать, а новые клетки появляются, даже если они не нужны. Эти избыточные клетки могут непрерывно делиться и могут создавать образования, которые называют опухолями. Многие виды рака вызывают появление плотных опухолей, которые по сути представляют собой тканевые массы. Злокачественные заболевания крови типа лейкемии обычно не ведут к образованию плотных опухолей.

Раковые опухоли являются злокачественными, и это означает, что они могут распространяться на прилегающие ткани, или могут проникать в эти ткани. Кроме того, по мере роста этих опухолей некоторые раковые клетки разделяются и направляются в удаленные места организма через кровь или лимфатическую систему и формируют новые опухоли, вдали от изначальной опухоли.

В отличие от злокачественных опухолей, доброкачественные опухоли не распространяются на прилегающие ткани и не проникают в эти ткани. Однако доброкачественные опухоли могут иногда быть довольно большими. После удаления они как правило не растут; однако злокачественные опухоли могут иногда образовываться заново. В отличие от многих доброкачественных опухолей в любой части тела, доброкачественные опухоли мозга могут представлять угрозу для жизни.

Здоровые клетки организма обладают способностью делиться. Они используют это умение для того, чтобы заменять мертвые клетки и восстанавливать поврежденные ткани. Рост и способность делиться ограничена у нормальных клеток организма. Однако раковые клетки начинают делиться и расти неконтролируемым образом. Раковые клетки называют по названию ткани или органа, в которых они образуются. Например, рак легких, рак молочной железы, рак предстательной железы и т.д. Существует приблизительно 100 различных видов рака. Раковые клетки могут со временем попадать в кровеносные сосуды и (или) в лимфатические протоки и переноситься в другие части тела. Они продолжают расти на новом месте. Подобное распространение рака называют метастазом. У различных видов рака различные темпы роста, различные способы распространения, и они реагируют на разные виды лечения. Таким образом, различные виды лечения используются для больных раком, в зависимости от вида рака.

Вы можете прочитать нашу статью по этой теме под названием «Что такое рак, болезнь нашей эры» здесь.

Каковы причины рака?

Исследователи полагают, что рак развивается в результате множества взаимодействующих факторов. Считается, что в появлении рака играют роль как врожденные – то есть, неизменяющиеся – факторы, так и меняющиеся факторы и факторы окружающей среды.

Неменяющиеся факторы – это факторы возраст, пол, генетические факторы риска и семейный анамнез. Меняющиеся факторы включают образ жизни – мало физической активности, курение и потребление алкоголя, неправильное питание, стресс, в то время как факторы окружающей среды определяются как загрязнение окружающей среды и радиация. Несмотря на то, что частота возникновения рака в мире меняется от региона к региону, наиболее распространенными типами рака являются рак молочной железы, рак легких и рак толстой кишки. Каждый год во всем мире наблюдается 13 миллионов новых случаев рака, конкретно в Турции эта цифра составляет 150 тысяч. По данным Всемирной организации здравоохранения ожидается, что к 2020 году количество заболевших раком увеличится на 30% и достигнет 17 миллиардов.

Крайне важно знать о факторах, которые играют роль в возникновении рака, принимать необходимые меры и проводить тесты для ранней диагностики в определенны периоды, чтобы свести к минимум риск развития рака.

В чем разница между раковыми клетками и нормальными клетками?

Раковые клетки отличаются от нормальных клеток тем, что у них есть множество способов, позволяющих им неудержимо расти и становиться инвазивными. Важным отличием является то, что раковые клетки являются менее специализированными, чем нормальные клетки. Другими словами, нормальные клетки созревают до крайне незаурядных типов клеток с значительными функциями, в то время как раковые клетки этого не делают. Это одна из причин, почему раковые клетки делятся непрерывно в отличие от нормальных клеток.

Кроме того, раковые клетки могут игнорировать сигналы, которые запускают процесс, который называется запрограммированной гибелью клеток или апоптозом, который обычно дает указание клеткам прекратить деление, или который используется для избавления от клеток, которые не нужны организму.

Раковые клетки могут влиять на нормальные клетки, молекулы и кровеносные сосуды, окружающие и питающие опухоль, это область, известная как микросреда. Например, раковые клетки могут влиять на близлежащие нормальные клетки и формировать кровеносные сосуды, которые обеспечивают опухоли питательными веществами и кислородом, требующимися для их роста. Эти кровеносные сосуды также выводят продукты выделения опухолей.

Раковые клетки могут зачастую ускользать от иммунной системы, которая представляет собой сеть органов, тканей и специальных клеток, которая защищает организм от инфекций и других болезней. Несмотря на то, что как правило иммунная система удаляет поврежденные или патологические клетки из организма, некоторые раковые клетки могут «прятаться» от иммунной системы.
Опухоли также могут использовать иммунную систему, чтобы продолжать жить и расти. Например, раковые клетки могут фактически мешать иммунной системе убивать раковые клетки с помощью специфических клеток иммунной системы, которые обычно не дают уйти от иммунной реакции.

Как возникает рак?

Типы рака

Рак – это генетическое заболевание, другими словами, изменения в генах, которые контролируют структуру функционирования наших клеток, особенно то как они растут и делятся, вызывают рак.

Генетические изменения, вызывающие рак, могут быть унаследованы от родителей. Они также могут возникнуть в результате ошибок при делении клеток или в результате повреждения ДНК после воздействия каких-либо факторов окружающей среды в течение жизни человека. Такие вещества как химикаты в дыме сигарет и радиация, как например, ультрафиолетовые солнечные лучи, можно назвать среди факторов окружающей среды, вызывающих рак.

Рак каждого человека – это сочетание характерных генетических изменений. По мере развития рака будут происходить дополнительные изменения. Даже если различные клетки находятся в одной и той же опухоли, они могут иметь разные генетические изменения.

В общем у раковых клеток больше генетических изменений, чем у нормальных клеток (например, мутации в ДНК). Некоторые из этих изменений не связаны с раком, или они могут быть скорее результатом рака, нежели причиной.

Какие факторы вызывают рак?

Генетические изменения, способствующие возникновению рака, обычно затрагивают три основных типа генов: протоонкогены, опухоподавляющие гены и гены репарации ДНК. Эти изменения иногда называют факторами, вызывающими рак.
Протоонкогены принимают участие в росте и делении нормальных клеток. Однако, когда эти гены подвергаются изменениям определенным образом, или становятся гиперактивными, они становятся генами, вызывающими рак (или онкогенами), и позволяют клеткам расти и продолжать жить, когда они должны умирать.

Опухолеподавляющие гены также принимают участие в контроле роста и деления клеток. Клетки с изменениями в их опухолеподавляющих генах могут делиться неконтролируемым образом. Гены репарации ДНК участвуют в восстановлении поврежденной ДНК. Клетки с мутацией этих генов имеют тенденцию развивать дополнительные мутации в других генах. Эти мутации комбинируются и делают клетки раковыми.

Поскольку ученые собирают все больше и больше информации о молекулярных изменениях, вызывающих рак, они указали, что определенные мутации типичны для нескольких видов рака. Таким образом, иногда виды рака характеризуются больше в соответствии с типами генетических изменений, которые, как считается, вызывают их, нежели в зависимости от места возникновения в организме и того, как они видятся под микроскопом.

Когда распространяется рак?

Виды рака, распространяющиеся на место, отличное от исходного места возникновения, называются метастатическими видами рака. Процесс распространения рака на другие области организма, называется метастазом. Метастатический рак называется также и имеет тот же вид раковых клеток, что и исходный или первичный рак. Например, рак молочной железы, который распространился на легкое и сформировал метастатическую опухоль, это не рак легких, а метастатический рак молочной железы.
Метастатические раковые клетки обычно выглядят как клетки исходного рака под микроскопом. Кроме того, метастатические раковые клетки и исходные раковые клетки в основном имеют некоторые общие молекулярные особенности, такие как наличие специфических хромосомных изменений.

Лечение может помочь продлить жизнь некоторым людям с метастатическим раком. Несмотря на это, основной целью лечения, как правило, является контроль за ростом клеток и облегчение его симптомов. Метастатические опухоли могут вызывать серьезные повреждения в функционировании организма, и большинство людей, которые умирают от рака, теряют жизни в результате метастатического заболевания.

Что из себя представляют доброкачественные изменения тканей?

Не все изменения в тканях организма являются раком. Однако некоторые изменения тканей могут превратиться в рак, если оставить их без лечения. Здесь приводятся некоторые примеры нераковых изменений тканей, наблюдаемых в некоторых случаях.
Гиперплазия возникает, когда клетки в тканях делятся и производят новые клетки или воспроизводятся аномально быстро. Однако структура клеток и тканей может казаться нормальной под микроскопом. Гиперплазия может быть вызвана множеством факторов и условий, включая хроническое раздражение.

Дисгенезия является более серьезным заболеванием, чем гиперплазия. При также наблюдается дополнительное деление клеток. Однако клетки появляются атипично, и в структуре тканей происходят изменения. В целом рак, скорее всего, возникнет параллельно с атипичным появлением клеток и тканей.

Некоторые виды дисгенезии следует контролировать или лечить. Одним из примеров дисгенезии является атипичная родинка на коже (называется диспластическим невусом). Несмотря на то, что во многих случаях этого не происходит, диспластический невус может превратиться в меланому.

Более серьезным заболеванием является карцинома in situ. Даже несмотря на то, что ее время от времени называют раком, карцинома in situ не является раком, так как атипичные клетки не распространяются за пределами исходной ткани. Другими словами, они не вторгаются в окружающие ткани, как рак. Однако некоторые карциномы in situ могут преобразоваться в рак; следовательно, их обычно лечат.

Каковы признаки рака?

Признаки и симптомы, вызванные раком, различаются в зависимости от того, какая часть тела поражена.
Некоторые общие признаки и симптомы, которые могут указывать на рак, и которые не специфичны для рака, следующие:

• Усталость
• Пальпируемая опухоль или уплотнение под кожей
• Непреднамеренное быстрое увеличение или потеря веса
• Желтуха, темное потемнение или покраснение на коже, изменения кожи, такие как незаживающие раны или изменения имеющегося невуса
• Изменения в физиологических отправлениях
• Хронический кашель или одышка
• Затрудненное глотание.
• Хрипота
• Постоянное расстройство желудка или дискомфорт после еды
• Хроническая необъяснимая боль в мышцах или суставах
• Хроническая необъяснимая лихорадка или ночная потливость
• Необъяснимое кровотечение или кровоподтеки

Какие бывают типы рака?

Типы рака

Существует более ста видов рака. Виды рака обычно называют по названию органа или ткани, где он возникает. Например, рак легких начинается в клетках легкого, а рак мозга начинается в клетках мозга. Виды рака можно называть по типу клеток, которые развивают рак, как например, эпителиальная клетка или сквамозная клетка.

Некоторые категории рака, возникающие в определенных типах клеток, объясняются ниже:

Карцинома
Карциномы – это самый распространенный тип рака. Они создаются эпителиальными клетками, которые покрывают внутренние и внешние поверхности тела. Многие эпителиальные клетки, у большинства которых колонновидная форма, можно наблюдать под микроскопом.

Карциномы, начинающиеся в различных эпителиальных клетках, имеют определенные названия:
Аденокарциномы – это вид рака, начинающийся в эпителиальных клетках, которые вырабатывают жидкость или слизь. Ткани с таким видом эпителиальных клеток иногда называют железистой тканью. Большинство видов рака молочной железы, толстой кишки и предстательной железы являются аденокарциномами. Базальноклеточная карцинома – это вид рака, который происходит из нижнего или базального слоя эпидермиса, внешнего слоя кожи человека.

Сквамозная карцинома – это рак, который начинается в сквамозных клетках, которые представляют собой эпителиальные клетки, находящиеся непосредственно под поверхностью кожи. Сквамозные клетки также выстилают множество органов, включая желудок, тонкую кишку, легкие, мочевой пузырь и почки. Сквамозные клетки выглядят плоскими, как рыбья чешуя, под микроскопом. Сквамозные клеточные карциномы иногда называют эпидермоидной карциномой.

Переходная клеточная карцинома – это рак, появляющийся в типе эпителиальной ткани, которая называется переходным эпителием или уротелием. Эта ткань состоит из множества слоев эпителиальных клеток, которые могут расти и сжиматься и находятся в покрытии или слизистой оболочке мочевого пузыря, мочеточников, части почек (почечной лоханки) и некоторых других органов. Некоторые виды рака мочевого пузыря, мочеточников и почек являются переходными клеточными карциномами.

Саркома
Саркомы – это рак костных и мягких тканей, включая мышцы, жир, кровяные сосуды, лимфоидные протоки (такие как сухожилия и связки).

Остеосаркома – это наиболее распространенный вид рака костей. Наиболее распространенные виды саркомы мягких тканей включают лейомиосаркому, саркому Капоши, злокачественный волокнистый гистиоцитоз, липосаркому и бугорки дерматофибросаркомы.

Лейкемия
Виды рака, развивающиеся в ткани костного мозга, производящей кровь, называются лейкемией. Эти виды рака не приводят к образованию плотных опухолей. Вместо этого развивается атипичное количество белых кровяных клеток (лейкозные клетки и лейкозные бластные клетки) в крови и костном мозге, которые не оставляют места для нормальных кровяных клеток. Сокращение количества нормальных кровяных клеток, переносящих кислород к нормальным тканям, что затрудняет контроль за кровотечением и борьбу с инфекциями в организме.

Существует 4 распространенных типа лейкемии, заболевание классифицируется в зависимости от темпов обострения (острое или хроническое) и типа кровяных клеток, когда начинается рак (лимфобластный или миелоидный).

Лимфома
Лимфома – это вид рака, который начинается в лимфоцитах (T-клетках или B-клетках). Это белые кровяные клетки – часть иммунной системы, которая борется с болезнями. При лимфоме появляется атипичное количество лимфоцитов в лимфатических узлах, лимфатических сосудах и других органах.

Существует два основных вида лимфомы:
Лимфома Ходжкина – у людей с этим заболеванием атипичные лимфоциты, которые называются клетками Рида-Штернберга. Обычно они состоят из B-клеток.

Неходжкинская лимфома – это большая группа видов рака, начинающихся в лимфоцитах. Рак может развиваться быстро или медленно и может быть вызван B-клетками или T-клетками.

Вы можете посетить наш сайт lenfoma , чтобы получить больше информации о лимфоме.

Множественная миелома
Множественная миелома – это вид рака, который развивается в плазматических клетках, которые являются еще одним видом иммунных клеток. Атипичные плазматические клетки – которые называют миеломой – развиваются в костном мозге и вызывают опухоль в костях всего организма. Множественную миелому также называют плазматическими клетками и болезнью Калера.

Меланома
Меланома – это рак, который начинается в клетках, превращающихся в меланоциты, которые являются клетками, производящими меланин (цветной пигмент кожи). По большей части меланомы начинаются с кожи; однако они могут возникать и в других пигментированных тканях, таких как ткани глаза.

Опухоли головного мозга и спинного мозга
Существуют разные виды опухолей головного мозга и спинного мозга. Эти опухоли называют в зависимости от типа клеток, которые они вызывают, и происхождения опухоли в центральной нервной системе. Например, астроцитарная опухоль встречается в астероцитах, которые представляют собой звездообразные клетки мозга, помогающие нервным клеткам оставаться здоровыми. Опухоли могут быть доброкачественными (не раковыми) или злокачественными (раковыми).

Другие типы опухолей

Герминогенные опухоли
Герминогенные опухоли появляются в клетках, специфичных для спермы или яйцеклетки. Эти опухоли могут возникать почти в любой части тела, и они либо доброкачественные, либо злокачественные.

Нейроэндокринные опухоли
Нейроэндокринные опухоли производят клетки, секретирующие гормон в крови, как реакцию на сигнал от нервной системы. Эти опухоли могут секретировать избыточный объем гормона, и они могут вызывать множество различных симптомов. Нейроэндокринные опухоли являются либо доброкачественными, либо злокачественными.

Карциноидные опухоли
Карциноидная опухоль – это вид нейроэндокринной опухоли. Эти опухоли растут медленно и как правило появляются в желудочно-кишечной системе (чаще всего в прямой кишке и толстом кишечнике). Карциноидные опухоли могут распространяться на печень или другие части тела и могут вызывать карциноидный синдром, выделяя такие вещества, как серотонин или простагландин.

Типы клеток в организме человека: гистология

Автор:
Рэйчел Бакстер, бакалавр, магистр наук
•

Рецензент:
Франческа Сальвадор, магистр наук

Последний раз отзыв: 29 октября 2020 г.

Время чтения: 28 минут

В организме человека насчитывается более 200 различных типов клеток . Каждый тип клеток специализируется на выполнении определенной функции, либо единолично, но обычно путем формирования определенной ткани. Затем различные ткани объединяются и образуют определенные органы, причем орган подобен фабрике, где каждый тип клеток выполняет свою работу.

Поскольку каждая ткань выполняет свою функцию, которая способствует многофункциональности органа, каждый тип клеток одинаково важен. Ниже перечислены наиболее важные типы ячеек.

В этой статье мы обсудим гистологию наиболее важных типов клеток человеческого организма.

Стволовые клетки

Прежде чем клетка станет специализированной, она сначала образует стволовую клетку. Уникальная особенность стволовых клеток в том, что они
плюрипотентные — они могут стать клетками любого типа в организме. Эти невероятные клетки являются предками всех клеток в организме, от простых клеток кожи до сложных нейронов. Без этих клеток мы не были бы такими сложными или функциональными, как люди.

Мало того, эти «волшебные» клетки даже обладают способностью реплицироваться в здоровые клетки, чтобы ускорить регенерацию после определенных патологических состояний. Процесс, который позволяет стволовым клеткам превращаться в клетки любого типа, известен как клетка.
дифференцировка и контролируется комбинацией внутренней генетики и внешних факторов, таких как химические вещества и физический контакт с другими клетками. Стволовые клетки обладают способностью делиться и воспроизводиться в течение длительных периодов времени.

Есть два типа стволовых клеток: эмбриональные стволовые клетки и взрослые стволовые клетки.
Эмбриональные стволовые клетки взяты из эмбрионов. Обычно в исследовательских целях эмбриональные стволовые клетки собирают из оплодотворенных яиц. Взрослые (или соматические) стволовые клетки присутствуют во всем теле человека [среди других специализированных тканевых клеток]. Они существуют для того, чтобы восстанавливать и поддерживать окружающие специализированные ткани.

В виде
эти клетки не являются специализированными, анатомия стволовых клеток аналогична анатомии простой клетки .Стволовые клетки имеют клеточную мембрану, окружающую цитоплазму. Цитоплазма содержит ядро, митохондрии, рибосомы, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы и центриоли. Ядро содержит ДНК и РНК, которые экспрессируются при дифференцировке в клетке.

красные кровяные клетки

красный
кровь клеток известны как эритроцитов и являются наиболее распространенным типом клеток крови.Они имеют форму двояковогнутого диска (то есть в форме пончика). Они имеют диаметр от 6 до 8 мкм и среднюю толщину 2 мкм, при этом толщина составляет 2,5 мкм в самом толстом месте и 1 мкм в центре. Эритроциты довольно гибкие, что позволяет им протискиваться через тонкие кровеносные капилляры.

В
основной роль красных кровяных телец заключается в том, чтобы переносить кислород по всему телу с помощью гемоглобина. Однако они также помогают контролировать pH крови, формируя кислотно-щелочной буфер, поддерживающий в крови нейтральный pH 7.От 35 до 7,45. Они также выделяют фермент под названием карбоангидраза, который заставляет воду из крови переносить углекислый газ в легкие, чтобы его можно было удалить из организма.

Гемоглобин — это молекула красных кровяных телец, которая связывается с кислородом, позволяя ему переноситься через кровь. Гемоглобин состоит из молекулы гема и молекулы глобина.
Молекулы гема образуются из сукцинил-КоА и глицина. Четыре из этих молекул вместе связываются с железом, образуя молекулу гема.Это объединяется с цепью полипептида глобина , образуя цепь гемоглобина (также называемую цепью глобулина). Четыре из этих цепочек вместе образуют молекулу гемоглобина. Есть четыре различных типа цепей гемоглобина; альфа, бета, гамма и дельта. Наиболее распространенная комбинация — две альфа-цепи и две бета-цепи, которые образуют молекулу гемоглобина A .

Четыре основных типа клеток

Несмотря на то, что в организме существует несколько сотен типов клеток, все они могут быть сгруппированы всего в четыре основные категории, или ткани.Это облегчает их понимание.

Эти четыре основные ткани образованы из:

1. Эпителиальные клетки. Эти клетки плотно связаны друг с другом. Они покрывают внутреннюю часть полых органов, таких как кровеносные сосуды или органы пищеварения, или же образуют поверхность вещей, например кожу. Есть десятки типов эпителиальных клеток. Без эпителиальных клеток у вас не было бы кожи, защищающей тело от травм, и не было бы желудка, чтобы переваривать пищу!
2. Нервные клетки.Эти клетки предназначены для общения. Они посылают сигналы от мозга к мышцам и железам, которые контролируют их функции. Они также получают сенсорную информацию от кожи, глаз и ушей и отправляют эту информацию в мозг. В организме существуют десятки разновидностей нервных клеток, каждая из которых имеет свою форму и функции. Без нервных клеток у вас не было бы сознания или контроля над своим телом.
3. мышечных клеток. Эти клетки специализируются на сокращении.Без мышечных клеток вы не смогли бы двигаться! Есть три вида мышечных клеток. Они тянут и тянут кости и сухожилия, чтобы произвести движение. Они также образуют толстые внешние стенки полых органов, таких как кровеносные сосуды и органы пищеварения, и могут сокращаться, регулируя диаметр этих полых органов.
4. Клетки соединительной ткани. Эти клетки обеспечивают структурную прочность тела, а также защищают от чужеродных захватчиков, таких как бактерии. Два типа клеток — фибробласты и жировые клетки — присущи соединительной ткани.Другие клетки мигрируют в соединительную ткань из кровотока для борьбы с болезнями. Особые типы соединительной ткани — хрящ и кость — более прочны и жестки, чем большинство соединительных тканей.

Открытие новых типов клеток по одному | Био 2.0

Из одной зиготы человеческое тело вырастает до 37 триллионов клеток. По приблизительным оценкам, количество различных типов клеток в организме человека составляет около 200, что кажется низким, учитывая разнообразие и специализацию нашего тела.Многие типы клеток, вероятно, будут неотличимы по простой морфологии. Что, если бы вы хотели выяснить все типы клеток в популяции клеток? Для этого вам нужно будет посмотреть на характеристики многих ячеек по отдельности.

Недавняя работа лаборатории Стивена МакКэрролла в Гарвардской медицинской школе и Института Броуда поразительным образом решила эту проблему. Исследователи разработали методику, называемую drop-seq, которая сортирует отдельные клетки и исследует их мРНК, чтобы определить профиль экспрессии генов клетки.МРНК, присутствующая в каждой клетке, дает представление о генах, которые экспрессируются и важны для этой клетки. Это хороший способ охарактеризовать клетки; разные типы должны экспрессировать разные гены и, таким образом, накапливать разные мРНК. Намного легче измерить мРНК клетки, чем, скажем, уровень белка, потому что мы очень хорошо умеем анализировать аминокислотные последовательности.

Для выполнения этой сложной задачи команда использовала микрожидкостное устройство, которое принимает 3 разных жидкости. Первый представляет собой буфер на водной основе, несущий клетки, собранные из клеточной культуры или тканей и диссоциированные до тех пор, пока они не превратятся в одноклеточную суспензию.Вторая жидкость — масло. Поскольку масло и водные растворы не могут смешиваться, масло образует отдельные маленькие капли из буфера, содержащего клетки. Конечная жидкость представляет собой буфер для лизиса клеток на водной основе, который содержит особые микрогранулы с отходящими от них хвостами аминокислотных цепей. Цепи могут связываться с мРНК, и каждая из них имеет штрих-код с буквами As, Ts, Cs и Gs для идентификации микрогранул, из которых она произошла. Все жидкости закачиваются одновременно в надежде, что одна ячейка и один микрошарик окажутся вместе в одной и той же капле, созданной потоком масла.

Исследователи перекачивают раствор бусинок и клеток друг в друга и проталкивают его через масло, объединяя одну клетку и одну бусину в каждой капле. Это очень хорошо показано на рисунке справа. Затем клетки лизируются лизисным буфером, и мРНК этих клеток быстро связывается с шариками в этой капле. Затем капельки разбиваются, и все шарики объединяются. Отсюда исследователи используют обратную транскриптазу для создания кДНК из мРНК, прикрепленных к штрих-кодам микрогранул.Эта кДНК будет иметь последовательность гена, из которого произошла мРНК, и штрих-код от конкретного микробуса. После этого они использовали сложные алгоритмы для анализа всех последовательностей кДНК, определения того, из какой клетки была получена последовательность, и создания профилей генов для каждой клетки. В целом это сообщает нам о точной экспрессии генов в каждой из тысяч клеток.

## && ##

# A&A&A

Команда провела относительно простой эксперимент, чтобы доказать, что этот метод будет работать в больших масштабах.Они смешали фибробласты человека и фибробласты мыши в культуре и пропустили смесь методом drop-seq. Они обнаружили, что почти каждая клетка, которую они профилировали, экспрессировала только гены человека или только гены мыши, как показано на рисунке слева. Это важный эксперимент, подтверждающий принцип действия, поскольку он показывает, что они могут использовать свою технику для правильной характеристики гетерогенного набора клеток. Некоторые капли (одна на рисунке) экспрессируют гены человека и мыши, потому что две клетки попали в каплю с микрогранулой.Это приводит к равномерному сочетанию генетической экспрессии мыши и человека. Даже самый лучший анализ отдельных клеток иногда может содержать дублеты. Однако, как видите, частота дублетов в drop-seq чрезвычайно мала, что делает эту технику очень сильной.

Уверенные, что они могут различать разные популяции, команда перешла к сложным тканям. Они выбрали сетчатку мыши, потому что она хорошо изучена и многие клетки охарактеризованы. Они изучили почти 45 тысяч клеток и успешно классифицировали их на 39 различных популяций на основе экспрессии генов.На рисунке ниже 39 различных популяций сгруппированы на основе их сходства в экспрессии генов. 39 популяций включали несколько ожидаемых классов, таких как фоторецепторы и ганглиозные клетки сетчатки. Кроме того, они обнаружили субпопуляции среди больших кластеров. Одним типом клеток с субпопуляциями были амакриновые клетки, разнообразная популяция в основном тормозящих интернейронов. По крайней мере, три типа амакриновых клеток уже идентифицированы на основе выделяемых ими нейротрансмиттеров; с помощью drop-seq авторы проанализировали 21 различную субпопуляцию амакриновых клеток на основе экспрессии их генов.Данные об экспрессии генов позволили им идентифицировать маркеры или уникальные гены, экспрессируемые одним типом клеток, для маркировки каждой субпопуляции.

Drop-seq позволяет нам охарактеризовать и профилировать отдельные клетки из большой популяции, глядя на экспрессию генов каждой клетки. Хотя существует несколько методов сортировки и анализа сотен ячеек, сортировка и профилирование такого масштаба раньше не проводилось. Подобные достижения важны, поскольку открытие и характеристика новых типов клеток помогает нам лучше понять тело.Этот метод может помочь объяснить очевидные несоответствия в однородных популяциях и заострить наше внимание при изучении больных клеток или тканей. Это также позволяет изучать гомогенные популяции клеток, рассматривая дискретные различия в генетической экспрессии во время определенных клеточных состояний, например, в разных точках клеточного цикла. С помощью подобных методов мы можем серьезно продвинуться в создании карты всех 37 триллионов клеток нашего тела, по одной за раз.

Ссылки:

http: // sciencenetlinks.com / student-teacher-sheet / cells-your-body /

Бьянкони, Э., и др. Оценка количества клеток в организме человека. Annals of Human Biology, 40, 463-471 (2013)

Macosko, E.Z., et al. Профилирование экспрессии отдельных клеток с высокой параллельностью генома с использованием капель нанолитра. Cell, 161, 1202-1214 (2015).

Изображение предоставлено:

Все изображения дополнены рисунками в Macosko et al. документ, упомянутый выше.

Cell Type — обзор

Раздел 3.2 Эпигеном и эволюция типов клеток

У млекопитающих геном формируется эпигенетической регуляцией, чтобы проявлять многочисленные клеточные идентичности.

Дэвид А. Хавари, Джордж Л. Сен и Джон Л. Ринн [9]

Эпигеном, в простейшем виде, состоит из специфичных для клеточного типа химических модификаций ДНК, которые не влияют на последовательность нуклеотидов, составляющих геном. Есть много видов модификаций, не связанных с последовательностью, которые включены в «эпигеном». Одной из наиболее изученных эпигеномных модификаций является метилирование ДНК.Наиболее распространенная форма метилирования в ДНК происходит на нуклеотидах цитозина, чаще всего в местах, где за цитозином следует гуанин. Эти метилирования называются сайтами CpG. CpG-островки представляют собой концентрацию сайтов CpG. В геноме человека насчитывается около 29 000–50 000 CpG-островков [10]. Мы делаем вывод, что эпигеном должен возникнуть на ранней стадии эволюции эукариот, потому что растения (неметазоанская ветвь многоклеточных организмов, которые развиваются из эмбрионов), по-видимому, обладают всеми эпигенетическими системами контроля, наблюдаемыми у многоклеточных [11].[Глоссарий CpG-остров]

Вот простой способ представить себе соответствующие роли генома и эпигенома: Геном устанавливает идентичность организма; эпигеном устанавливает идентичность отдельных типов клеток в организме.

Как минимум, эпигеном состоит из непоследовательных модификаций ДНК, которые контролируют экспрессию генов. Эти модификации включают метилирование ДНК, гистоны и негистоновые ядерные белки. Помимо этого минималистского определения, существуют расширенные версии определения, которые будут включать любые конформационные изменения в ДНК, которые влияют на экспрессию генов, а также взаимодействия белков, которые влияют на экспрессию генов.Используемые в этой книге термины «эпигеном» и «эпигенетика» относятся исключительно к непоследовательным изменениям в хромосомах, которые наследуются среди линий соматических клеток.

Правило: эпигеном производит различные типы клеток тела.

В организме взрослого человека насчитывается не менее 200 различных типов клеток. Мы делаем вывод, что все различные типы клеток тела определяются эпигеномом по следующим причинам [12]:

-1.

Каждый тип клеток в организме имеет тот же геном, что и любой другой тип клеток.Следовательно, различия между одним типом клеток и другим негенетичны.

–2.

Клетки полностью дифференцированного типа клеток поддерживают этот тип клеток на протяжении всей своей жизни. Следовательно, тип клетки поддерживается посредством регулирующей функции клетки.

–3.

Типы клеток данной линии производят другие клетки той же линии (например, делящийся гепатоцит производит два гепатоцита; никогда не один гепатоцит и один кератиноцит). Следовательно, тип клетки передается по наследству.

–4.

Следовательно, эпигеном, который является негенетической и соматически наследуемой клеточной регуляторной системой, поддерживает типы клеток.

Как и следовало ожидать, стойкие различия в эпигеномных паттернах метилирования обнаруживаются в каждом типе клеток. Тем не менее, мы еще не достигли точки, когда мы можем точно идентифицировать тип клетки по ее эпигеному [13].

Правило: эпигеном передается по наследству.

Эпигеном можно легко модифицировать метилирующими агентами или гипометилирующими агентами.В часто цитируемом исследовании диета мышей во время беременности дополнялась генистеином, что приводило к унаследованному сдвигу окраски шерсти потомства (от агути к псевдоагути) и связанному с этим повышенному метилированию в регуляторном сайте, расположенном выше гена агути [14]. , 15]. Следовательно, метилирование через добавку окружающей среды может вызвать наследственную эпимутацию.

Паттерны метилирования воспроизводятся среди клеток одного и того же типа (например, от нейрона к нейрону, от клетки печени к клетке печени).Следовательно, эпигеном наследуется соматически. Изменения в паттернах метилирования называются эпимутациями. Эпимутации могут сохраняться в тех специализированных клетках, которые произошли от эпимутированной клетки [16].

Правило: благодаря эпигеному многие генетические заболевания являются органоспецифичными.

Если генетический дефект присутствует в зародышевой линии организма и, следовательно, присутствует в каждой клетке организма, то почему генетические заболевания являются специфическими для органа, затрагивая одни органы, а не другие?

Поверхностный ответ на этот вопрос прост: генетические дефекты должны быть выражены в клетках, прежде чем они вызовут болезнь.Если клетка определенного типа не выражает дефект (например, не вырабатывает белки, измененные генетическим дефектом, или не использует метаболические пути, затронутые генетической мутацией), тогда фенотип заболевания не будет выражен. На более глубоком уровне мы видим, что эпигеном в конечном итоге отвечает за определение того, какие гены экспрессируются, а какие нет, в любом конкретном типе клеток. Следовательно, эпигеном определяет органную специфичность генетических заболеваний, передаваемых в зародышевой линии.

Кроме того, мы можем представить себе, что любое заболевание, вызванное мутацией потери функции в гене, может быть имитировано эпимутацией зародышевой линии (наследуемое изменение эпигенома), которая подавляет ген. Например, эпимутация, которая заглушает ген MLh2, без участия генной мутации, может объяснять некоторые случаи наследственного неполипозного колоректального рака (HNPCC) [17]. [Глоссарий Эпимутация, Синдром наследственного неполипоза колоректального рака, Синдром Линча]

Правило: эпигеном объясняет фенотипические различия между генетически идентичными организмами.

Это обычное наблюдение, что монозиготные близнецы выглядят одинаково при рождении, часто вырастая в раннем взрослом возрасте как пара поразительно похожих особей. По прошествии десятилетий однояйцевые близнецы начинают различаться по внешнему виду и болезням, которые у них развиваются [18, 19]. Более того, фенотипические различия среди генетически идентичных животных возникают при отсутствии каких-либо наблюдаемых экологических различий [19].

Монозиготные близнецы рождаются с почти идентичными эпигенетическими паттернами метилирования ДНК и ацетилирования гистонов.Эта почти идентичность эпигеномов сохраняется в первые годы, но в более поздние годы у монозиготных близнецов широко расходятся паттерны метилирования ДНК и ацетилирования гистонов. Эти расходящиеся паттерны сопровождаются несогласованностью экспрессии генов [20].

Возникает соблазн сделать вывод, что изменения в эпигеноме, возникающие в течение жизни, объясняют различия между заболеваниями, поражающими однояйцевых близнецов. Гипотетически разумно сделать вывод, что если два человека с одним и тем же геномом должны иметь очень разные эпигеномы, то мы не должны ожидать, что их фенотипы будут идентичными (т.э., они бы не были похожи на близнецов).

Erasure

В жизни каждого многоклеточного животного есть моменты, когда он должен быть свободен от всех эпигеномных ограничений. Например, зигота (клетка, полученная в результате сперматоцита, оплодотворяющего ооцит) должна служить тотипотентной клеткой, производящей все эмбриональные и внеэмбриональные типы клеток посредством процесса последовательных эпигеномных модификаций, что в конечном итоге приводит к полному набору дифференцированных типов клеток. которые составляют полностью развитый организм.Для этого зигота должна быть полностью недифференцированной, без эпигеномных модификаций, которые ограничивали бы ее роль корневой клетки развивающегося организма. Чтобы достичь недифференцированного состояния, зигота инициирует активный процесс деметилирования, удаляя эпигеномные маркеры. Этот процесс, который начинается почти сразу после оплодотворения, называется стиранием [1].

У эмбрионов на ранних стадиях (примерно на 7 день после оплодотворения у эмбриона мыши) в энтодерме появляется новый тип клеток, известный как первичная половая клетка.Эти клетки мигрируют как группа к генитальным гребням, где они будут жить в развивающихся гонадах, чтобы стать производящими ооциты клетками у женщин и генерирующими сперматоциты клетками у мужчин. Поскольку первичные половые клетки представляют собой дифференцированный тип клеток, приверженных определенной функции, они получают специфические эпигеномные метки, типичные для их типа клеток. Эти половые клетки будут продуцировать особую форму клетки (то есть гаплоидный гаметоцит) посредством деления, которое используется только при создании гаплоидных клеток (т.э., мейоз). В Разделе 1.2, «Парадоксы начальной загрузки», мы обсудили чередующиеся роли диплоидных и гаплоидных структур и объяснили, что каждый многоклеточный организм представляет собой своего рода гибрид, содержащий как гаплоидные, так и диплоидные формы жизни. В некотором смысле первичные половые клетки являются клетками-предшественниками гаплоидных организмов, а зигота — предшественником диплоидного организма. В обоих случаях стирание предшествует развитию организма, так что эпигеномный контроль может быть записан на «чистый лист» генома.Следовательно, первичная половая клетка, как и зигота, подвергается собственному процессу стирания [21, 22]. После стирания в ранних ооцитах и ​​сперматоцитах появляются эпигеномные модификации (например, оогонии и сперматогонии) по паттерну, который соответствует каждому из этих двух коммитированных типов клеток [22]. У процесса стирания есть еще один цикл. Когда формируется зрелый сперматоцит, выполняется дополнительный цикл стирания, на этот раз влияющий на отцовскую эпигенетическую программу сперматогониев; таким образом подготовив сперматоцит к оплодотворению [23].Подобный цикл стирания происходит в позднем оогенезе у женщин [24].

На данный момент мы опустили эволюционировавшее исключение из типичного процесса стирания, который присутствует у млекопитающих и их потомков, и ни у каких других животных. Это исключение называется импринтингом, и оно уникальным образом повлияло на эволюцию, эмбриологическое развитие и способы наследования болезней у млекопитающих. Мы обсудим импринтинг и его эволюционные последствия в Разделе 6.3, «От млекопитающих до терианцев.”[Глоссарий Imprinting]

Назначение типов клеток

В человеческом теле существуют сотни различных типов клеток, но как они эволюционировали? В таком случае, почему для организмов важно иметь специализированные клетки? Мы можем предположить, что самой первой услугой, предоставляемой одним типом клетки для другого, была компартментализация путей, позволяющая продуктам метаболизма одной клетки диффундировать к другим клеткам, где продукт первой клетки стал субстратом второй клетки.В примитивных условиях жизни взаимные метаболические отношения могли существовать в пребиотическом мире, где клетки были просто пузырями в горных породах, проводящими химические реакции с любым материалом, вымытым внутри. По мере появления реплицирующихся свободно плавающих клеток мы можем представить, что клетки берут на себя дополнительные роли эффектора и ответчика. Такие сотовые устройства, работающие в непосредственной близости друг от друга, могли сформировать первые примеры различных типов ячеек.

Очень хороший пример потребности в типах клеток можно найти в тесном и прочном браке между фоторецепторными клетками (например,g., палочки и колбочки) и клетки пигментного эпителия сетчатки [25]. Кажется, что каждое животное с глазами, независимо от оптического механизма фокусировки света, оснащено фоторецепторными клетками в непосредственной близости от пигментных эпителиальных клеток сетчатки. Глаза с фоторецепторными клетками рядом с пигментированными клетками присутствовали у самых первых многоклеточных животных как помощники хищников. В химии зрения используются фотовозбужденные рецепторы, которые продуцируют сетчатку, которая транспортируется, как своего рода отходы, из фоторецепторных клеток, где поглощается пигментными эпителиальными клетками сетчатки и реизомеризуется в сетчатку 11-цис, а затем транспортируется обратно в фоторецепторные клетки участвуют в следующем раунде зрительного возбуждения.Кроме того, пигментные эпителиальные клетки сетчатки фагоцитируют внешние сегменты фоторецепторов и транспортируют множество питательных веществ обратно к фоторецепторным клеткам, чтобы они омолаживали свои внешние сегменты. [Глоссарий Эпителиальная клетка]

Яркая история фоторецептора и пигментных эпителиальных клеток сетчатки напоминает нам, что клеткам требуется определенная форма специализации, если они хотят выжить в конкурентном и опасном мире. Каждому организму нужен какой-то регуляторный метод, с помощью которого группы клеток выполняли бы особую функцию определенным образом, когда это необходимо.Функциональная специализация приводит к измененным фенотипам (то есть специализированная клетка выглядит иначе, чем неспециализированная клетка), и мы видим фенотипически различимые типы клеток у простых бактерий. Например, многие бактерии имеют отличительные вегетативные и споровые типы клеток, как показано на Clostridia (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Микрофотография окрашенной по Граму культуры Clostridium feseri . Плохо окрашенные круглые структуры — это его эндоспоры.

Источник: изображение из общественного достояния Центра по контролю и профилактике заболеваний США.

Аналогичным образом, одноклеточные эукариотические организмы имеют жизненные циклы, в которых последовательно образуются функционально неэквивалентные (то есть специализированные) типы клеток. Например, малярийский жизненный цикл включает инфекционный спорозоит, который созревает в клетках печени в виде шизонтов, которые разрывают и высвобождают мерозоиты, вторгаются в эритроциты и производят гаметоциты, которые всасываются самками комара Anopheles, где они развиваются как спорозоиты (рис. 3.7). ).

Рис. 3.7. Микрофотография крови (окрашенной по Гимзе), показывающая кольцевых формы в эритроцитах и ​​макрогаметоциты Plasmodium falciparum .

Источник: Общественное достояние Центра США по контролю и профилактике заболеваний.

Эпигеном вместе со свитой процессов, регулирующих геном, вероятно, присутствовал в некоторых из самых ранних одноклеточных организмов и, безусловно, присутствует в современных бактериях [26, 27] и во всех эукариотических организмах, включая одиночные. -клеточные эукариоты, животные, растения и грибы. У любого человека существует немногим более 200 хорошо распознаваемых типов клеток (с неопределенным числом не охарактеризованных в настоящее время типов клеток), и все эти разные типы клеток имеют один и тот же геном с одинаковой последовательностью ДНК.Это должно быть признаком того, что новые типы клеток обычно не создаются новыми мутациями. Новые типы клеток создаются тонкими изменениями транскрипции генома, возможно, в различиях всего нескольких факторов транскрипции или сайтов эпигеномного метилирования. Есть исключения. В разделе 4.5 «Вирусы и значение жизни» мы увидим, что ретровирусы внесли гены, которые сыграли ключевую роль в развитии нескольких эволюционировавших типов клеток, включая синцитиотрофобласт и первичные иммуноциты адаптивной иммунной системы.

Тип клеток как основа филогении

Основные эволюционные достижения, те достижения, которые создают новые классы организмов, ограничиваются конкретными типами клеток. Например, эволюция многоклеточных животных ожидала приобретения эпителиальных клеток, которые могли бы плотно связываться друг с другом, образуя кистозные структуры, ограниченные водонепроницаемым эпителиальным слоем. Без эпителиальных клеток, удерживаемых десмосомами и плотными контактами, не могло бы быть бластоцисты, а без бластоцисты не могло бы быть класса Metazoa.Без приобретения эктодермальной клетки не могло бы быть эмбрионального бислоя и не было бы класса Eumetazoa. Без приобретения мезодермальной клетки не было бы трехслойного эмбриона и, следовательно, не было бы Class Bilateria. Переходя вперед, без получения хордовой ячейки не может быть хорды и, следовательно, не может быть хордовых классов. Без приобретения синцитиотрофобласта не может быть класса Theria. Мы можем играть в эту игру весь день. [Глоссарий Ectoderm]

Наша способность связывать филогенетическое происхождение организмов с приобретением определенных типов клеток указывает на то, что эволюция — это не только история эпигеномной эволюции, но и история генетической эволюции.Как же так? Новые гены, возникающие у вида, присутствуют в зародышевой линии (то есть в геноме каждой клетки организма). Именно эпигеном координирует генетическую экспрессию, и именно эпигеном создает новый тип клеток из эволюционировавших генов.

Заболевания возникают внутри определенных типов клеток, а типы клеток передаются по наследственной линии. Таким образом, мы можем изучить эволюцию болезни в пределах предковых классов организмов, чтобы узнать идентичность специфического для болезни типа клеток.Тема ортопедических заболеваний (то есть генетических заболеваний в классах организмов, которые имеют общие ортологичные гены с людьми) отражает эту идею, и мы обсудим ортопедические заболевания подробно в Разделе 8.3, «Новые варианты животных». [Глоссарий Clade, Orthodisease]

Мы должны остановиться, чтобы отметить, что привязка филогении к типу клеток является радикальным отходом от освященной веками традиции организации классов организмов по костям. Традиционно мы связываем последовательные классы организмов с изменениями скелета, которые сопровождали их раннее появление в виде окаменелых останков в хронологически стратифицированных породах.Следует отдать должное палеонтологам, которые, зная, что истина скрыта в скалах, тщательно исследовали отношения между классами организмов, основываясь на своих исследованиях окаменелых костей. Следовательно, наша текущая классификация животных полна остеологических ориентиров (например, Class Gnathostomata от греческого означает челюстной рот; Class Synapsida от греческого означает слитый свод). Когда появляются новые типы клеток, мы можем ожидать найти набор анатомических приспособлений, которые изменяют морфологию скелета, в результате чего палеонтологи фиксируют находки окаменелостей, относящиеся к конкретным классам.Например, класс Craniata, названный в честь черепа, присутствующего у всех видов этого класса и их потомков, является продуктом приобретения клеток нервного гребня, которые образуют плоские кости головы, составляющие свод черепа, из которых класс Craniata берет свое имя. [Глоссарий Craniata]

Тем не менее, болезни имеют определенные типы клеток; неспецифическая анатомия скелета. Следовательно, медицинские исследователи могут найти таксономию клеточного типа более полезной, чем нынешняя остеологическая таксономия.На данный момент палеонтологи занимаются систематикой. В будущем, по мере того как мы синтезируем подход к филогении, который объединяет наше растущее понимание эволюционной генетики и биологии болезней, мы, возможно, сможем создать новую таксономию организмов, которая тесно связана с филогенетическим приобретением типов клеток.

Типы клеток развиваются из других типов клеток

Поскольку все клетки происходят из клеток, мы можем сделать вывод, что каждый тип клеток тела развился из модификаций ранее существовавших типов клеток.В некоторых случаях мы можем успешно реконструировать эволюцию нового типа клеток. Например, продуцирующие яд клетки змей произошли из клеток слюнных желез. Этот эволюционный подвиг был достигнут как анатомическими, так и химическими модификациями. Пищеварительные ферменты, обычно синтезируемые слюнными железами, были изменены, чтобы служить токсинами. Анатомический путь протоков слюнных желез был слегка перенаправлен к клыкам [28]. У большинства ядовитых змей голова треугольной формы, а у неядовитых змей — трубчатые.Разница объясняется гипертрофированными измененными слюнными железами, вызывающими двусторонние выпуклости на шее у некоторых из самых смертоносных змей (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Иллюстрации обыкновенного крайта, Bungarus caeruleus , ядовитой змеи. Фигура в нижнем левом углу демонстрирует треугольную голову змеи, образованную двусторонними выпуклыми ядовитыми железами, эволюционной модификацией слюнных желез.

Источник: «Ядовитые змеи Индии» Джозефа Юарта, опубликованные в 1878 году и в настоящее время являющиеся общественным достоянием.

В качестве другого примера, электроциты, клетки, из которых состоят электроцитарные органы электрических угрей, мантов и некоторых видов рыб, представляют собой модифицированные мышечные клетки. У гимнотиформных и мормиридных рыб в генах натриевых каналов NaV1.4a накапливаются мутации, которые модулируют кинетику каналов, вызывая высокое напряжение [29]. Стопки электроцитов действуют как гальваническая куча, вырабатывая электрический импульс высокого напряжения. Было высказано предположение, что животные с электрическими органами могут служить полезными моделями животных для изучения человеческих каналов.[Глоссарий Channelopathy]

Как правило, после того, как клетка дифференцировалась до определенного типа, она не изменяется, чтобы стать другим типом клеток. Например, плоскоклеточная клетка не становится железистой клеткой, а гепатоцит никогда не становится клеткой поджелудочной железы. Исключения из этого общего правила признаются термином «трансдифференцировка», обозначающим биологический процесс, посредством которого одна клетка определенного типа превращается в клетки другого типа.

У млекопитающих трансдифференцировка может быть феноменом, который не встречается в естественных условиях у живых организмов.То, что может показаться естественной трансдифференцировкой в ​​тканях, легче объяснить заменой одного существующего типа клеток другим существующим типом клеток, который оказывается в той же ткани. Например, в пищеводе плоский эпителий иногда прерывается зонами секретирующих слизь клеток. В этом случае было бы неправильно сказать, что клетки плоского эпителия трансдифференцировались в клетки, секретирующие слизь. На самом деле происходит то, что стволовые клетки слизи генерируют секретирующие слизь клетки, которые постепенно заменяют плоскоклеточные клетки.

За последнее десятилетие накопились доказательства, указывающие на то, что дифференцированные клетки могут при особых обстоятельствах дедифференцироваться до стволовых клеток, а стволовые клетки могут повторно дифференцироваться как некоторый альтернативный тип дифференцированных клеток. Следовательно, один тип клеток в конечном итоге становится другим типом клеток, но не в результате прямого биологического процесса трансдифференцировки. В естественных ситуациях, по-видимому, требуется промежуточный тип клеток, например [30, 31]:

дифференцированная клетка ->

недифференцированная стволовая клетка ->

альтернативная дифференцированная клетка

Текущие данные показывают, что прямая трансдифференцировка может быть индуцирована в культивируемых клетках с использованием факторов транскрипции.Например, гепатоциты можно заставить стать нейронами без деления и без превращения в плюрипотентную промежуточную клетку [32]. Точно так же фибробласты мыши могут превращаться в гепатоциты [33]. В настоящее время хорошо известно, что клетки различных типов клеток могут быть трансдифференцированы как клетки других типов при судебном использовании факторов транскрипции [34]. Эти легкие манипуляции с типом клеток с использованием факторов транскрипции заставляют задуматься, куда ведут эти направления исследований.Было высказано предположение, что вариации в активности факторов транскрипции объясняют большинство фенотипических вариаций среди членов вида и могут даже объяснять большую часть различий между одним видом и другим близкородственным видом [35, 36]. Методы клеточного репрограммирования in vivo в настоящее время изучаются [37]. В таком случае, может ли наступить день, когда фенотипически новые породы и виды животных будут созданы посредством применения трансдифференцирующих факторов транскрипции? Пища для размышлений.

Клеточная теория болезней подразумевает, что болезни влияют на определенные типы клеток.

Еще в 1858 году Рудольф Вирхов формализовал клеточную основу болезней человека в своей влиятельной работе « Die Cellularpathologie in ihrer Begrundung auf Physiologische und Patologische Gewebelehre ». [38]. Он предположил, что каждая болезнь начинается с популяции пораженных клеток, и что мы можем понять патогенез болезней, сосредоточив наше внимание на этих конкретных клетках.Достаточно просто, но утверждение Вирхова наталкивается на некоторые трудности, когда сталкивается с наследственными заболеваниями. Генетические заболевания характеризуются изменениями генов зародышевой линии, которые присутствуют в каждой ядросодержащей клетке тела. Тем не менее клинические фенотипы, которые производятся этими вездесущими генами, обычно ограничиваются одним или несколькими органами или типами клеток. Каков механизм, при котором дефект, присутствующий в каждой клетке тела, проявляется только в нескольких органах?

Неудивительно, что это удивительное явление объясняется множеством различных механизмов.Вот некоторые из них:

—

Экспрессия гена, специфичная для конкретного типа клеток

Одна очевидная причина, по которой одни ткани, а не другие, подвержены генетическим заболеваниям, связана с экспрессией генов, специфичных для конкретного типа клеток. Например, врожденный гипотиреоз — это первичное заболевание щитовидной железы. Это не может быть первичным заболеванием какого-либо другого органа, потому что щитовидная железа — единственный орган, вырабатывающий гормоны щитовидной железы. Последствия гипотиреоза проявляются в тех органах, которые реагируют на гормоны щитовидной железы.Первичный очаг заболевания и вторично пораженные органы предопределены нормальной эндокринной физиологией.

Иногда клеточно-специфическая экспрессия генов играет временную роль во время развития. При блефарофимозе, птозе и синдроме обратного эпикантуса типа I (BPES1) мутация FOXL2 вызывает аномалии век и снижает количество фолликулов яичников в организме плода. Экспрессия гена FOXL2 во время развития обнаруживается в основном в яичниках и веках, таким образом согласовывая специфичность клеточного типа с клетками, в которых экспрессируется мутация лежащего в основе гена [39, 40].

Контроль экспрессии генов, специфичный для определенного типа клеток, может быть очень сложным. Синдром Корнелии де Ланге — наследственное заболевание, связанное с множеством различных дефектов развития, включая умственную отсталость, аномалии скелета, маленький рост и желудочно-кишечную дисфункцию. Основная генетическая причина синдрома Корнелии де Ланге — это мутация в гене Nipbl, который загружает когезин в промоторных сайтах. Cohesin занимает разные промоторы на разных типах клеток, таким образом опосредуя экспрессию генов, специфичных для клеточного типа [41].Как и следовало ожидать, дефект в процессе контроля экспрессии генов клеточного типа отрицательно повлияет на развитие многих различных тканей. [Глоссарий -действующий транс , -действующий цис- против -действующий транс-, промотор]

Конечно, если бы мы полностью понимали механизмы, которые контролируют экспрессию генов, специфичных для определенного типа клеток, мы могли бы задействовать различные типы клеток для производства белков, которые обычно ограничиваются другим типом клеток.Например, если секреция инсулина была недостаточной из-за отсутствия в процессе развития островков поджелудочной железы, то было бы выгодно переключить синтез инсулина в гепатоциты или клетки слизистой оболочки кишечника.

Специфичность метаболических путей по типу клеток

Процессы, которые происходят исключительно в одном типе клеток, очевидно, вызывают первичное заболевание, ограниченное одной тканью или органом. Например, каждое генетическое нарушение синтеза гемоглобина вызывает первичное заболевание красных кровяных телец, единственных клеток в организме, которые синтезируют гемоглобин.Поскольку гемоглобин является важным белком, участвующим в кислородном обмене, дефицит гемоглобина вызывает обширные вторичные изменения во многих различных органах. [Глоссарий Первичное заболевание, Первичное заболевание в сравнении с вторичным заболеванием, Вторичное заболевание, Третичное заболевание]

Правило: Мутации путей, используемых многими различными клетками, вызывают нарушения, которые обнаруживаются во многих органах.

Например, муковисцидоз вызывается наследственной недостаточностью регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза (CFTR).CFTR регулирует движение ионов хлора и натрия через эпителиальные мембраны. Ионный обмен через эпителиальные ткани осуществляется многими различными типами клеток, включая практически все типы клеток, выстилающих протоки, и все эпителиальные клетки, продуцирующие слизь, такие как продуцирующие слизь клетки легких и желудочно-кишечного тракта. В случае муковисцидоза клетки, продуцирующие слизь, производят густой вязкий продукт, который нелегко удалить из протоков (например, поджелудочной железы) и внутренних органов (напр.д., бронхи, желудочно-кишечный тракт, семенные пузырьки). Дефект широко необходимой клеточной функции вызывает первичное заболевание во многих различных органах.

Иногда мутации путей, используемых многими различными типами клеток, вызывают изолированное заболевание одного типа клеток. Например, вариант несиндромной глухоты наследуется по материнской линии и связан с мутацией в митохондриальной ДНК. Эта мутация митохондриальной ДНК выражается в каждой клетке тела, за исключением красных кровяных телец (в которых отсутствуют митохондрии).Можно предположить, что митохондриальный дефект вызывает патологические изменения во многих различных типах клеток. Это не так. В случае несиндромной потери слуха митохондриальные мутации, приводящие к глухоте, вызывают высокоспецифичную потерю клеток внутреннего уха, не вызывая известных нарушений в других органах. Как это бывает, стрессовый путь, ведущий к гибели клеток, преимущественно экспрессируется в нейронах внутреннего уха [42]. Митохондриальная мутация, связанная с несиндромной потерей слуха, мутация мтДНК A1555G, активирует этот путь, вызывая гибель клеток исключительно во внутреннем ухе и вызывая прогрессирующую глухоту [42].

—

Специфичность заболевания клеточного типа определяется по самому слабому звену

Есть много случаев, когда мутация затрагивает пути во многих различных клетках, но вызывает клинический фенотип в небольшом подмножестве пораженных тканей. Во многих из этих случаев клинический фенотип возникает в клетках, которые меньше всего способны справляться с мутационными эффектами.

Вот три примера тканевой специфичности самого слабого звена:

–1.

Дефицит витамина B12

Витамин B12 необходим для эффективного синтеза ДНК и деления клеток. Клетки с самой высокой скоростью деления клеток — это те же клетки, которые больше всего страдают от дефицита B12. Костный мозг имеет очень высокую скорость деления клеток. Как и ожидалось, дефицит B12 приводит к анемии, особенно в популяции эритроцитов, что приводит к развитию двойного синдрома анемии (т. Е. Уменьшения количества эритроцитов в периферической крови) и морфологии мегалобластоидов (т.е.е., нарушение созревания эритроцитов).

Помимо токсичности самого слабого звена для клеток костного мозга, витамин B12 оказывает специфическое токсическое действие на нервную систему посредством клеточного механизма. Витамин B12 необходим на последнем этапе пути, ведущего к образованию сукцинил-КоА. Дефицит витамина B12 вызывает повышенный уровень метилмалоновой ацидемии. Со временем метилмалоновая кислота включается в миелин и дестабилизирует миелиновую оболочку, необходимую для нормальной быстрой передачи импульсов по аксонам нейронов.Возникающая в результате миелинопатия вызывает дефицит сенсорных и двигательных нейронов и подострую комбинированную (то есть заднюю и боковую колонну) дегенерацию спинного мозга. Также наблюдались изменения в мышлении.

–2.

Пигментный ретинит

Пигментный ретинит — одно из наиболее генетически гетерогенных наследственных заболеваний. Это может быть единичное заболевание или синдромное состояние (например, синдром Ашера, который характеризуется потерей слуха и зрения).

Несиндромная форма пигментного ретинита вызывается мутацией в любом из четырех генов, кодирующих факторы сплайсинга (т. Е. PRPF31, PRPF3, PAP1 и PRPF8). Эти факторы сплайсинга присутствуют практически в каждом типе клеток организма. Почему дефицит любого из этих вездесущих факторов может привести к одному конкретному заболеванию? Было высказано предположение, что потребность в процессинге белка в клетках сетчатки чрезвычайно высока из-за высокого оборота молекулы родопсина [43]. Следовательно, те же дефекты сплайсинга, которые допускаются в других типах клеток, считаются деструктивными для фоторецепторных клеток сетчатки.Эта конкретная форма пигментного ретинита является примером клеточной специфичности с самым слабым звеном.

–3.

Лейкоэнцефалопатия с исчезновением белого вещества

Лейкоэнцефалопатия с исчезновением белого вещества — это лейкодистрофия (то есть дегенеративное заболевание белого вещества головного мозга), вызванное мутацией потери функции в любом из пяти генов, кодирующих субъединицы фактор инициации трансляции EIF-2B. Продукт гена инициирует синтез белка в клетках по всему телу, но его клиническая экспрессия часто выделяется в два типа клеток головного мозга: олигодендроциты и астроциты.Эти клетки имеют особенно высокую скорость синтеза белка, и именно эта повышенная потребность в продукте гена, по-видимому, делает олигодендроциты и астроциты чувствительными к мутации. Заболевание вызывается или обостряется определенными видами стресса для центральной нервной системы. У восприимчивых людей, несущих мутацию, могут развиться острые симптомы лейкодистрофии (мозжечковая атаксия, спастичность, атрофия зрительного нерва) после травмы головы. [Глоссарий Коэффициент трансляции]

Следует отметить, что механизм самого слабого звена может применяться в случаях, когда невозможно измерить различия в требованиях к путям в пораженных тканях.Причина, по которой причину самого слабого звена тканевой специфичности не всегда можно определить с помощью какого-либо измеримого теста, является тонкой и лучше всего объясняется экономической аналогией. Предположим, что каждый в популяции получает еженедельную зарплату в размере 200 долларов. У одного человека расходы составляют 199 долларов в неделю, и ему удается экономить 1 доллар каждую неделю. У другого человека расходы составляют 201 доллар в неделю, и он постоянно в долгах. Со временем он теряет свой дом и не может обеспечить собственное существование. Разница в требованиях между двумя лицами составляет всего 2 доллара, незначительная сумма, которая может ускользнуть от проверки бухгалтером.Урок здесь состоит в том, что клетка, которая особенно восприимчива к заболеванию, может иметь потребность в пути, существенно не отличающуюся от потребности в пути клеток, которые не проявляют восприимчивости к заболеванию.

—

Ко-условные факторы

Когда мы накладываем все больше ограничений на клеточный процесс, мы сужаем диапазон участвующих типов клеток. Например, при пигментной ксеродерме в каждой клетке тела имеется наследственный дефицит репарации ДНК.Клетки Xeroderma pigmentosum особенно чувствительны к токсическим эффектам повреждения ДНК, вызванного ультрафиолетовым светом. Ультрафиолет не может проникать глубже кожи. Следовательно, клинический фенотип пигментной ксеродермы ограничен кожей и роговицей. [Глоссарий Токсическая реакция в сравнении с болезненным процессом, Фенотип мутатора, Xeroderma pigmentosum]

Внутренняя работа: Понимание эволюции типов клеток для объяснения причин разнообразия животных

Губки имеют простейшие тела, содержащие хрупкую систему каналов, по которым вода потоки.Поэтому было неожиданно, когда исследователи недавно обнаружили, что у губок есть целых 18 типов клеток, в том числе один с гибридными иммунными и нейронными свойствами, хотя у губок нет никакого мозга, о котором можно было бы говорить (1).

Исследователи использовали технологию секвенирования одноклеточной РНК, чтобы выделить отдельные клетки губок и проанализировать экспрессию их генов. То, что они обнаружили, их удивило: несмотря на простую анатомию животных, у них есть целых 18 типов клеток. Изображение предоставлено: Shutterstock / Allexxandar.

Исследователи из лаборатории Детлева Арендта в Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия, использовали технологию секвенирования одноклеточной РНК для разделения отдельных клеток губок и анализа их экспрессии генов. Команда описала молекулярные особенности семейства клеток, которые экспрессируют пищеварительные ферменты в водных каналах, помогая губке переваривать любые частицы пищи, переносимые водой. Оказывается, эти пищеварительные клетки экспрессируют гены, типичные для постсинаптического нейрона.Они также обнаружили, что другое семейство клеток имело признаки иммунных клеток (то есть способность поедать клеточный мусор и микробы), и одно из них также имело черты нейрона (то есть способность посылать химические сигналы в промежуток между ними). ячеек).

«Поразительно, что губчатая клетка обладает как нервными, так и иммунными свойствами, — говорит Джейкоб Массер, научный сотрудник лаборатории Арендт. По-видимому, предковые типы клеток животных были многофункциональными, но в ходе эволюции функции распределялись по разным клеткам.«Это разделение труда — ключевой путь развития типов клеток», — говорит он.

В течение последних 150 лет исследователи изучали типы клеток с точки зрения развития и морфологии. Но одноклеточная транскриптомика недавно выявила много новых, морфологически скрытых типов клеток не только у губок, но и у других организмов. «Я думаю, что, применяя новые инструменты, такие как секвенирование одной клетки и протеомика одной клетки, наступит совершенно новая эра понимания того, как развиваются типы клеток», — говорит Павел Буркхардт, биолог по хоанофлагеллятам из Бергенского университета в Норвегии.

Действительно, успехи в секвенировании одноклеточной РНК и микроскопии в настоящее время делают возможным детальное изучение новых типов клеток. И эти технические достижения привели к новому взгляду на эволюцию клеток и типов клеток: в последнее десятилетие исследователи начали рассматривать клетки как самостоятельные эволюционные единицы. Это, в свою очередь, привело к идее, что типы клеток могут быть организованы в филогенез, который представляет их родство, идея, которая была предложена Детлевом Арендтом в статье 2008 года (2) и развита далее Арендт, Массером, биологом Йельского университета. Гюнтер Вагнер и его коллеги в 2016 г. (3).Последствия могут быть серьезными: многие экологически и функционально важные черты животных, такие как нервная система, длительная беременность у плацентарных млекопитающих или личиночные скелеты у морских ежей, стали возможными, когда появился новый тип клеток. Такие типы могут быть значительным источником эволюционной новизны, которая до сих пор малоизучена и недооценивается.

Нейроидная клетка губки ( справа, ) достигает пищеварительной клетки, известной как хоаноцит ( слева, ). Изображение предоставлено: Джулия Миццон, Якоб Мюссер, Константин Папе и Николь Шибер (Европейская лаборатория молекулярной биологии, Гейдельберг, Германия).

Истории происхождения

Идея клеточного филогенетического каркаса «была довольно радикальной», — говорит Массер. Не сразу понятно, почему типы клеток должны развиваться путем происхождения с модификацией, потому что все клетки в организме имеют один и тот же геном. Новые типы клеток являются результатом способности клеток достигать новых стабильных состояний активности генов — или того, что исследователи называют стабильными «состояниями регуляции транскрипции». По сути, тип клетки, чтобы быть «типом», должен иметь набор стабильно экспрессируемых генов.Более того, эволюция способна изменять каждый из этих типов клеток независимо друг от друга, объясняет Массер. Воротничковая клетка хоанофлагелляты, имеющая заполненный актином воротник и длинный жгутик, является хорошим примером. Небольшие вариации этого типа клеток существуют у таких животных, как гидра и даже Drosophila , отмечает Буркхардт. «Кажется, он сохраняется почти у всех животных», — говорит Буркхардт. «Вы найдете их в губках, у книдарийцев, у позвоночных и так далее».

Почему может быть интересно отслеживать эти типы клеток и их происхождение? Оказывается, эволюция нового типа клеток может иногда приводить к появлению новых черт, открывая потенциал для дальнейшей эволюционной диверсификации.Один из таких примеров: плацентарные млекопитающие развили инвазивную плаценту, то есть ткань плода, которая проникает в матку матери. С инвазивной или встроенной плацентой трудно справиться: иммунную систему матери необходимо настроить таким образом, чтобы она не отторгала генетически чужеродный плод и плаценту. Когда имплантаты плода и плацента вторгаются в матку матери, децидуальные стромальные клетки управляют воспалительным иммунным ответом матери. Вторжение генетически чужеродных тканей является серьезным фактором стресса.«Децидуальные стромальные клетки находятся на переднем крае этого стресса», — объясняет Эрик Эркенбрак, научный сотрудник лаборатории Вагнера в Йельском университете. «Децидуальные стромальные клетки позволяют плоду вторгаться».

Эти клетки произошли из клетки, называемой стромальным фибробластом эндометрия, которая существует у сумчатых — животных, у которых нет инвазивной плацентации и децидуальных стромальных клеток. Эркенбрак, Вагнер и его коллеги показали, что большая часть генетического аппарата, запускающего дифференцировку стромальных фибробластов эндометрия в децидуальные стромальные клетки, была заимствована из генетических путей, участвующих в реакции на стрессы окружающей среды (4, 5).

Исследователи выделили фибробласты стромы эндометрия у людей и опоссумов и подвергли их воздействию сигналов, связанных с беременностью. В клетках опоссума эти сигналы запускали стрессовую реакцию (апоптоз, ответ на окислительный стресс), тогда как в клетках человека эти сигналы запускали дифференцировку клеток в децидуальные стромальные клетки. Стрессор — это «семя для альтернативного состояния регуляции генов», — объясняет Вагнер. По сути, новый тип клеток кооптировал молекулярный аппарат для реакции на стресс, что сделало возможным продление беременности у плацентарных млекопитающих.Это ключевая стратегия жизненного цикла, которая позволила млекопитающим произвести на свет более развитое потомство и, возможно, способствовала эволюционному успеху плацентарных млекопитающих и их последующему разнообразию.

Воротничковая клетка одиночной хоанофлагелляты с ее заполненной актином воротничком движется длинным жгутиком. Небольшие вариации этого типа клеток существуют у животных, от губок до книдарий и позвоночных. Изображение предоставлено: Павел Буркхардт (Бергенский университет, Берген, Норвегия).

Происхождение животных

Несколько недавних исследований типов клеток показывают, что ключевые особенности животных уже присутствовали в клетках их предков — даже одноклеточных.

Хоанофлагелляты, у которых есть как одноклеточные, так и колониальные стадии жизни, служат примером. Исследование, проведенное Буркхардтом и его коллегами (6) на хоанофлагелляте, Salpingoeca rosetta, , показало, что, хотя все клетки в колонии хоанофлагеллят возникают из одной клетки, они могут быстро дифференцироваться по крайней мере на два различных морфологических типа — свидетельство раннего деления. труда, говорит Буркхардт. «Если подумать, когда началось разделение труда и когда произошла пространственная дифференциация клеток — это могло произойти даже до появления первых животных», — говорит он.

В другом недавнем исследовании исследователи лаборатории Николь Кинг в Калифорнийском университете в Беркли описали новый вид хоанофлагеллят, Choanoeca flexa, , который они обнаружили при обследовании хоанофлагеллят на Кюрасао (7). C. flexa образует лист ячеек, изогнутый в форме чашки. Исследователи обнаружили, что изогнутый лист клеток может сжиматься и изменять форму, так что жгутики указывают наружу, а не внутрь, позволяя юниту плавать.Команда обнаружила, что уменьшение интенсивности света спровоцировало это сокращение.

Эти данные свидетельствуют о том, что способность сокращаться в ответ на раздражитель (ключевой признак животных, называемый сократимостью) уже была латентной у одноклеточных предков животных, объясняет Тибо Брюне, научный сотрудник лаборатории Кинга и первый исследователь. автор статьи. По словам Брюне, способность сокращаться в ответ на раздражитель является не только основой сокращения мышц и передвижения, но также играет ключевую роль в развитии и морфогенезе.Он отмечает, что изначально клетки хоанофлагелляты были многофункциональными — сенсорными и сократительными — похожими на клетки губок, которые обладают как нейрональными, так и иммунными функциями, и, вероятно, были разделены позже.

Брюне предполагает, что некоторые переключения в типах клеток хоанофлагеллят могли начаться как краткосрочные реакции на стресс, вызванные сигналами окружающей среды. Позже, по его гипотезе, эти ответы могли попасть под контроль факторов транскрипции, чтобы стабилизировать их.

Есть еще много открытых вопросов, но теперь их можно решить с помощью имеющихся инструментов.В будущем, говорит Буркхард, каждая лаборатория эволюционного развития (evodevo) будет работать с анализом отдельных клеток, «потому что он открывает так много возможностей». В настоящее время исследователи работают над составлением каталога различных типов клеток, как это определено данными транскриптома отдельных клеток. «Но это только начало», — говорит Буркхардт.

Назад к естественной истории

В каком-то смысле транскриптомика отдельных клеток и каталогизация типов клеток могут привести область эводево к ее естественным историческим корням.«Мы живем в эпоху, когда в сочетании с секвенированием одноклеточного транскриптома и относительно дешевым геномным секвенированием любая лаборатория с разумным бюджетом

является основой того, что необходимо для понимания эволюции новых черт».

— Дэвид Гарфилд

может составить мини-атлас всех типов клеток и частей их организма », — говорит Дэвид Гарфилд, биолог-эволюционист, который недавно начал свою карьеру в компании Bayer в Берлине, Германия.«Я не думаю, что кто-то должен преуменьшать то, насколько это революционно. Вопрос в том, что вы можете сделать, кроме этого? »

Эти технологии существенно демократизируют эводево, позволяя исследователям изучать организмы, отличные от традиционных модельных организмов. По словам Гарфилда, в будущих исследованиях следует выявить группы родственных организмов, у которых эволюция новых черт связана с новым типом клеток. Одноклеточные методы дают исследователям возможность изучать мелкомасштабные изменения по мере развития.«Это основа того, что необходимо для понимания эволюции новых черт», — говорит он. Сравнивая близкородственные виды, можно будет точно определить, когда в процессе развития возникает новая черта, что проливает свет на развитие и эволюционное происхождение новинки с беспрецедентными подробностями.

Мириады гипотез о происхождении нервной системы, например, теперь можно проверить, сравнивая животных, таких как губки, у которых отсутствует нервная система, с близкими родственниками, несущими нервную систему, говорит Раджи Раджакумар, научный сотрудник Harvard Medical. Школа в Гарвардском университете в Бостоне, штат Массачусетс, который вскоре откроет свою собственную лабораторию в Оттавском университете в Онтарио, Канада.«С появлением новейших технологий мы действительно можем начать не только очень внимательно наблюдать за развитием нервной системы в рамках одного таксона; мы могли бы начать сравнивать, как нервная система на самом деле развивалась в разных таксонах ». Новые методы позволят исследователям получить «действительно высокое разрешение понимания переходного процесса эволюции, — добавляет Раджакумар, — и в то же время вы сможете по-настоящему понять, как возникают новинки».

Типы стволовых клеток | Стволовые клетки

Стволовые клетки взрослых (ASC):

ASC — это недифференцированные клетки, обитающие в определенных дифференцированных тканях нашего тела, которые могут обновляться или генерировать новые клетки, которые могут восполнять мертвые или поврежденные ткани.Вы также можете встретить термин «соматические стволовые клетки», используемый для обозначения взрослых стволовых клеток. Термин «соматический» относится к непродуктивным клеткам организма (яйцеклеткам или сперматозоидам). ASC, как правило, мало в нативных тканях, что затрудняет их изучение и извлечение для исследовательских целей.

Обитающие в большинстве тканей человеческого тела, дискретные популяции ASC генерируют клетки для замены тех, которые утрачиваются в результате нормального восстановления, болезни или травмы. ASC обнаруживаются на протяжении всей жизни в таких тканях, как пуповина, плацента, костный мозг, мышцы, мозг, жировая ткань, кожа, кишечник и т. Д.Первые ASC были извлечены и использованы для производства крови в 1948 году. Эта процедура была расширена в 1968 году, когда первые взрослые клетки костного мозга были использованы в клинической терапии болезней крови.

Исследования, доказывающие специфику развития ИСС, противоречивы; некоторые показали, что ASC могут генерировать только типы клеток своей резидентной ткани, тогда как другие показали, что ASC могут быть способны генерировать другие типы тканей, чем те, в которых они находятся. Для подтверждения спора необходимы дополнительные исследования.

Типы взрослых стволовых клеток:

• • Кроветворные стволовые клетки (стволовые клетки крови)
  • Мезенхимальные стволовые клетки
  • Нервные стволовые клетки
  • Эпителиальные стволовые клетки
  • Стволовые клетки кожи

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК):

В течение 3-5 дней после оплодотворения и до имплантации эмбрион (на этой стадии, называемый бластоцистой) содержит внутреннюю клеточную массу, способную генерировать все специализированные ткани, составляющие человеческое тело.ESC происходят из внутренней клеточной массы эмбриона, который был оплодотворен in vitro и передан для исследовательских целей после получения информированного согласия. ESC не являются производными яйцеклеток, оплодотворенных в организме женщины.

Эти плюрипотентные стволовые клетки могут стать практически любым типом клеток и обнаруживаются только на первых стадиях развития. Ученые надеются понять, как эти клетки дифференцируются в процессе развития. По мере того, как мы начинаем понимать эти процессы развития, мы можем применять их к стволовым клеткам, выращенным in vitro, и потенциально восстанавливать клетки, такие как нервы, кожа, кишечник, печень и т. Д., Для трансплантации.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК)

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — это стволовые клетки, созданные в лаборатории, золотая среда между взрослыми стволовыми клетками и эмбриональными стволовыми клетками. ИПСК создаются путем введения эмбриональных генов в соматическую клетку (например, клетку кожи), что заставляет ее возвращаться в состояние, подобное «стволовым клеткам». Эти клетки, такие как ESC, считаются плюрипотентными. Этот метод генетического перепрограммирования для создания эмбрионоподобных клеток, открытый в 2007 году, является новым и требует еще многих лет исследований, прежде чем его можно будет использовать в клинической терапии.