Работая с мышами, группа исследователей определила расположение стволовых клеток, образующих кость, в позвоночнике, на концах голеней и в других костях. Команда также определила факторы, контролирующие рост стволовых клеток. Исследование проводилось в Национальных институтах здравоохранения и других учреждениях.
"Определение местоположения костных стволовых клеток и некоторых генетических триггеров, контролирующих их рост, является важным шагом вперед," сказал Алан Э. Гутмахер, М.D., исполняющий обязанности директора Национального института здоровья ребенка и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер (NICHD), института NIH, где проводилась большая часть исследований. "Теперь исследователи могут изучить способы использования этих клеток, чтобы в конечном итоге их можно было использовать для восстановления поврежденной или деформированной кости. Кроме того, исследования этой популяции стволовых клеток могут дать представление о формировании опухолей костей."
Исследователям давно известно, что стволовые клетки костного мозга дают начало костным клеткам, а также эритроцитам и лейкоцитам. Настоящее исследование – первое, в котором определяется расположение костных стволовых клеток в скелете взрослой мыши. Исследователи называют недавно идентифицированные клетки костными стромальными клетками. "Строма" это термин, используемый для описания поддерживающей или соединительной структуры в биологической ткани. Этот термин отличает клетки от гемопоэтических стволовых клеток, которые дают начало клеткам крови и которые находятся в костном мозге.
Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Первым автором исследования был научный сотрудник NICHD Кит Ман Цанг, аспирантка Китайского университета Гонконга, которая завершает докторскую диссертацию в рамках партнерской программы NICHD для выпускников. Руководителем диссертации Цанга и старшим автором исследования был Константин А. Стратакис, М.D., D.Sc., и.о. директора отдела внутренних исследований NICHD. Другие авторы исследования были из NICHD; отдел ветеринарных ресурсов NIH и Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований; а также Медицинский факультет Университета Джонса Хопкинса и Государственный университет Огайо.
Исследователи провели исследование, чтобы узнать больше о роли двух генов, получивших название Prkar1a и prkaca, в ключевой химической последовательности, которая обеспечивает клетки энергией. Prkar1a участвует в различных редких формах рака костей, нервной системы и щитовидной железы у человека. Когда два гена работают нормально, рост костных клеток протекает нормально, а чрезмерный рост рака сдерживается. В предыдущем исследовании исследователи узнали, что опухоли образовывались во многих тканях, когда они инактивировали prkar1a.
В текущем исследовании они инактивировали по одной копии каждого из двух генов. Как и у людей, у мышей есть две копии большинства генов. У мышей в исследовании было по одной функционирующей копии каждого из prkar1a и prkaca и по одной нефункционирующей копии каждого гена.
Исследователи предсказали, что отключение только одной копии каждого гена обеспечит защиту от роста опухоли костей. На самом деле комбинация имела противоположный эффект. Опухолевые разрастания оказались неожиданно обильными и развились намного раньше, чем ожидалось: опухоли появились у мышей в возрасте 3 месяцев по сравнению с 6–9 месяцами в предыдущих исследованиях, в которых инактивирован только prkar1a. Кроме того, около хрящей на ногах, вдоль хвоста и на оставшихся позвонках мышей образовывались аномальные разрастания.
Опухоли костей также были более обширными у мышей с двумя инактивированными генами по сравнению с их аналогами, имеющими только один инактивированный ген. У всех мышей с двумя мутациями к 9-месячному возрасту наблюдались аномальные разрастания на копчиках, а к 12-м месяцам у них наблюдались аномалии позвонков.
Исследование опухолевых клеток и клеток из одних и тех же мест у мышей, у которых не было опухолей, подтвердило, что это были костные стволовые (стромальные) клетки. В частности, белки на поверхности клеток были идентичны белкам, обнаруженным на других типах стволовых клеток. Более того, опухоли образуются только в местах активного роста кости, даже в скелете взрослой мыши.
"Мы не заметили аномального роста черепа, например," сказал доктор. Стратакис.
Полученные данные открывают два направления для дополнительных исследований. Исследования по выявлению химических сигналов, которые инициируют образование новой костной ткани, могут привести к новым методам восстановления поврежденной или поврежденной кости. Точно так же исследования химических событий, которые запускают начальные стадии образования опухоли, могут привести к способам предотвращения или лечения опухолей костей.