На формирование стволовых клеток у рыб данио-рерио влияют кровяное давление и механические воздействия окружающих тканей

Российские ученые исследовали процесс появления стволовых клеток крови у эмбрионов рыб данио-рерио и показали, что для этого необходимы механические воздействия со стороны окружающих тканей и крови. Это открытие позволит искусственно создавать оптимальные условия для выращивания стволовых клеток крови in vitro. Такие клетки очень перспективны в медицине, так как могут использоваться для лечения людей с раком крови и анемией. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports, кратко о них рассказала пресс-служба РНФ.

У позвоночных (в том числе и у человека) гемопоэтические стволовые клетки находятся в красном костном мозге, но у эмбрионов изначально образуются в аорте из эндотелиальных клеток ее стенок. Процесс формирования универсален для всех позвоночных, но протекает с некоторыми различиями. У рыбок данио-рерио часть эндотелиальных клеток покидает сосуд с брюшной стороны и выходит в полость тела. Далее мигрирующие клетки попадают в вену, которая лежит рядом, параллельно аорте, а оттуда по кровотоку — в печень плода. Процесс развития эмбриональной аорты и выхода клеток представляет особый интерес, ведь изучив его, можно искусственно получать из эпителия стволовые клетки крови, способные к неограниченному числу делений.

Чтобы изучить процессы, которые обеспечивают образование стволовых клеток, исследователи из Донского государственного технического университета создали математическую модель развития аорты эмбрионов рыб. При этом аорту рассматривали в виде эластичного цилиндра, на который действуют механические силы, подобные тем, что есть в теле зародышей данио-рерио. Эти рыбки представляют собой удобный модельный объект для изучения развития позвоночных животных, поскольку они дают большое потомство, неприхотливы, и самое главное — их эмбрионы прозрачны и развитие происходит вне материнского организма. Кроме того, геномы данио-рерио и человека содержат около 70% общих генов, а их зародыши на ранних стадиях очень похожи, что позволяет изучать на этих рыбах различные патологии развития и тестировать лекарственные препараты для людей.

Оказалось, что для превращения эндотелиальных клеток в стволовые и их выхода из аорты необходимы определенное кровяное давление, а также механические силы, сжимающие аорту вдоль ее оси. Ученые показали, что продольное сжатие возникает из-за того, что окружающие аорту ткани растут медленнее, чем сама аорта. Сжатие изменяет форму сосуда: возникает неравномерность ее диаметра, одновременно с этим появляются первые стволовые клетки. Установлено, что механическое сжатие служит своего рода сигналом для клеток, в ответ на который они изменяют форму, размер и положение. Изначально плоские клетки эпителия перемещаются в нижнюю (брюшную) часть аорты, под которой параллельно лежит вена, становятся округлыми, а затем и совсем теряют связь с соседями и покидают сосуд, не нарушая его целостности.

Предложенную модель ученые подтвердили, проанализировав рост зародышей данио-рерио с нарушениями развития. Так, у эмбрионов, имеющих очень слабый кровоток, клетки аорты не подвергаются необходимым напряжениям, что приводит к аномальной форме аорты и нарушает формирование стволовых клеток: они имеют неправильную яйцевидную форму и часто лопаются при выходе из сосуда. Подобный эффект наблюдался и у рыб, аорта которых из-за мутаций была нечувствительна к механическим сигналам от соседних тканей.