ГЛАВА ПЕРВАЯ

Эмбриональные стволовые клетки:

фундаментальные исследования

Природные силы внутри нас являются наилучшими целителями болезней

Гиппократ

1. На пороге новой биологии и медицины

Поражающее разнообразие  многоклеточных имеет весьма стволовые клеткиромное начало в одной оплодотворенной яйцеклетке. Много поколений биологов и эмбриологов размышляло над загадкой, каким образом генетическая информация    одной клетки макромасштабируется  в сотни миллионов клеток нового зародыша.

Экспериментальный прогресс сдерживался тем, что яйцеклетки, зиготы и бластомеры не удавалось перевести в бессмертные линии, получив таким способом клеточный материал в количествах, достаточных для изучения спектров мРНК и белков (Weismann, 2000). Только эмбриональные стволовые клетки (Эск) – пролиферирующие «дублеры» зиготы -  стали новым ресурсом  клеток, стоящих у истоков развития.  Наука сделала первый шаг к  лабораторной ткани, повторяющей соматический эмбриогенез млекопитающих в обход гамет и оплодотворения. Тотипотентность – это свойство генома клеток макромасштабировать программы эмбриогенеза, в том числе воспроизводить любую из 250 специализированных клеток взрослого организма.  Подобно зиготе и первым клеткам зародыша, Эск в простых условиях культуры воспроизводят «лабораторный» эмбриогенез в два этапа. Сначала микрограммовые количества “клеток без фенотипа” пассируют в миллиарды клеток. Затем незрелые постмитотические клетки с помощью набора химических инструкций in vitro видоизменяют в клетки мозга, сердечной, стволовые клеткиелетной мышцы, печени и т.п. Получение соматических клеток из Эск идет в обход органогенеза и многих событий, происходящих при естественном развитии зародыша в матке.  Как известно, специализированные клетки взрослого организма необратимо утрачивают способность к повторению эмбриогенеза. В культуре большинство специализированных клеток, изолированных из тканей, быстро дедифференцируются,  теряя фенотип и профиль функций. Науке пока не известны способы получения стволовых клеток из дифференцированных клеток. Эск - это  эмбриогенез  без  половых клеток и беременности. 

 Эск – незаменимая модель для  функциональной постгеномики. Кардиомиоциты, миоциты, клетки крови и иммунной системы являются полными автоматами. Поведение Эск определяется взаимодействием внешних сигналов  с эпигеномной  системой  клеток, имеющих уникальную протеомику и огромное «меню» из предсинтезированных мРНК. На клетках Эск с максимально простым фенотипом  легче анализировать  главный алгоритм онтогенеза: как soft сигналы  непрерывно изменяют hard- устройство клеток.  В отличие от молекулярной генетики, изучавшей функции отдельных генов, постгеномика занимается протеомикой целостных белковых сетей (как soft-сети собирают клеточные устройства). Интегральные белковые сети - платформа целенаправленного поведения клеток в виде альтернативных ответов. Адекватный выбор сигналов и ответы  Эск заставляют признать, что  клетки имеют элементарный интеллект для распознания, выбора сигналов, их селективной переработки. Селективный отбор сигналов транслируется далее в паттерны поведения клеток. Поведение клеток и его нарушение является конечной целью современной медицины. Этот уровень знаний дает новые инструменты  для разгадок  болезней клеток и старения.

Другая важная особенность генома Эск – спонтанная частота мутаций  ниже в несколько раз, чем у  соматических клеток. Внутрихромосомная рекомбинация и эндоредупликация отдельных сегментов хромосом полностью блокированы устройством хроматина. Генетическая нестабильность хромосом и анеуплоидия в пассажах характерны только для линий тератокарциномы и эмбриокарциномы (Servantes R.B., Stringer J.R., Tischfield J.A.,2002). Эта особенность организации хроматина делает маловерятными случайные перестройки хромосом, связанные с малигнизацией трансплантированных  Эск-дериватов.