Биения сердца зародыша способствуют появлению клеток крови

Механическое напряжение, которое создают биения сердца эмбриона, играет ключевую роль в формировании клеток крови и всей кровеносной системы нового организма, выяснили ученые. Это открытие объясняет и почему сердце начинает биться так рано в ходе эмбрионального развития, когда всем необходимым, казалось бы, зародыша обеспечивает мать.

Группа Леонарда Зона из Бостонского детского госпиталя в ходе работ на эмбрионах рыбки данио выяснила, что химические регуляторы потока крови в организме в значительной степени определяют на работу гена Runx1, играющего решающую роль в формировании стволовых клеток крови. Ученые использовали эмбрионы, сердцебиение которых было сильно замедленно с помощью генетических манипуляций. Замедленная циркуляция крови в этих эмбрионах привела к значительно меньшему количеству новых стволовых клеток.

В ходе дальнейшей работы ученые выяснили, что решающую роль в производстве новых стволовых клеток крови играет наличие в крови молекул оксида азота NO, используемой организмом в том числе и для стимуляции гладких мышц кровеносных сосудов. Искусственное введение оксида азота в растущие мутантные эмбрионы вернуло количество стволовых клеток крови на нормальный уровень. Этот механизм формирования стволовых клеток работает и для мышей – и, вероятно, других животных. Работа Зона и его коллег опубликована в Cell.

В свою очередь, группа Джорджа Дейли из того же Бостонского детского госпиталя, написавшая статью в журнале Nature, изучила эффект простого механического стимулирования зародышевых стволовых клеток на формирование новых клеток крови. Ученые показали, что тангенциальное напряжение, которое поток жидкости создаёт над поверхностью клеток, выстилающих зародышевую аорту, увеличивает синтез ключевых белковых молекул, необходимых для формирования клеток крови, в том числе и Runx1. Это же напряжение, как оказалось, приводит и к образованию клеток-предшественниц, из которых в последствии образуются специфические клетки крови – красные кровяные клетки, лимфоциты и другие.

Группа Дейли также исследовала влияние сердцебиения на образование клеток крови, создав клоны эмбрионов мышей, сердце которых было полностью лишено способности биться. Формирование клеток предшественниц в таких эмбрионах, а также синтез белков, присущих стволовым клеткам крови, были сильно замедлены. Практически полностью его восстановить позволило касательное напряжение, приложенное к клеткам эмбрионов, после того, как они были извлечены и помещены в специальную лабораторную посуду.

Примечательно, что в случае блокирования синтеза NO в таких клетках даже касательное напряжение не позволяло добиться нормального уровня клеток-предшественниц и стволовых клеток крови.

Это открытие может использоваться в лечении ряда тяжелых заболеваний кровеносной системы, считают авторы двух работ. По мнению авторов двух публикаций, их работа может привести к созданию нового типа лекарств для лечения тяжелых заболеваний крови, которые будут симулировать в организме или в пробирке условия, необходимые для создания нужных пациенту типов клеток крови. «Благодаря этой работе мы существенно продвинулись в понимании того, как с помощью обычных эмбриональных стволовых клеток в лабораторных условиях могут быть созданы клетки, участвующие в кровеносной системе», – цитирует Дейли РИА «Новости».

Такие тяжелые заболевания, как лейкемия, иммунодефицит и серповидно-клеточная анемия, при которой организм человека вырабатывает клетки крови серповидной формы, способные закупоривать сосуды, могут в будущем успешно лечиться с помощью новых методов создания нужных организму клеток крови. Сегодня пациенты с подобными заболеваниями, не имеющие подходящего донора, нуждаются в пересадке костного мозга или переливании пуповинной крови новорожденных младенцев, содержащей свежие стволовые клетки крови.

Источник