ВСТУП ДО БІОЛОГІЇ СТОВБУРОВОЇ КЛІТИНИ
Анотація
Стовбурові клітини являються основою кожного органу чи тканини живого організму. Існує багато різних типів стовбурових клітин, що утворюються у різні періоди життя організму й розташовані у різних його частинах. До них відносяться тотипотентні та плюрипотентні стовбурові клітини, які існують лише на самих ранніх стадіях розвитку, та різноманітні типи тканеспецифічних стовбурових клітин, які з’являються в процесі внутрішньоутробного розвитку та залишаються в організмі протягом усього життя. Всі стовбурові клітини являються неспеціалізованими та відносно безсмертними. Вони мають здатність до самовідновлення (поділ із формуванням дочірніх клітин, генетично ідентичних материнській) та диференціювання (давати початок спеціалізованим клітинам). Стовбурові клітини відрізняються за потенціалом диференціювання та за походженням. Тотипотентні стовбурові клітини (зигота та клітини, що сформувалися в процесі її перших двох поділів) здатні формувати ембріоні плаценту. Плюрипотентні (ембріональні та індуковані) стовбурові клітини мають здатність до диференціювання в усі типи клітин дорослого організму. Тканеспецифічні (мультипотентні, олігопетентні та уніпотентні) стовбурові клітини виявляються в тканинах та органах, вони здатні утворювати всі типи клітин даного органу чи тканини. У процесі ембріонального розвитку стовбурові клітини утворюють всі спеціалізовані клітини тканин і органів. У дорослих стовбурові клітини діють як система відновлення організму, поповнюючи втрачені та загиблі клітини. Саме тому стовбурові клітини мають значний потенціал для використання у регенеративній медицині. Крім того, стовбурові клітини розширили наші уявлення про розвиток, а також про патогенез захворювань. Цей огляд являється вступом у світ стовбурових клітин й обговорює їх визначення, історію досліджень, походження, класифікацію, властивості, ідентифікацію та регуляцію.
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
Atlas of Human Pluripotent Stem Cells: Derivation and Culturing Stem Cell Biology and Regenerative (2012) Medicine: New York, Humana Press, 15-39.
Ajani JA., Song S., Hochster HS., Steinberg IB. (2015) Cancer stem cells: the promise and the potential. Semin Oncol 42(1): S3– S17. doi: 10.1053/j.seminoncol.2015.01.001
Angelini A., Castellani C., Vescovo G., Thiene G. (2004) Pathological evidence of stem cell regeneration in the heart. Int J Cardiol.96: 499–504. doi:10.1016/j.ijcard.2004.07.001
Augello A., Kurth TB., De Bari. (2010) Mesenchymal stem cells: a perspective from in vitro cultures to in vivo migration and niches. Eur Cell Mater. 20: 121–133. doi: 10.22203/ecm.v020a11
Bentzinger CF., Wang YX., von Maltzahn J., Rudnicki MA. (2012) The emerging biology of muscle stem cells: implications for cell-based therapies. Bioessays. 35(3): 231-41 :doi: 10.1002/bies.201200063
Bongso A., Richards M., (2004) History and perspective of stem cell research. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol 18: 827–842. doi: 10.1016/j.bpobgyn.2004.09.002.
Brentnall M., Rodriguez-Menocal L., De Guevara RL., Enrique C., Boise LH. (2013) Caspase-9, caspase-3 and caspase-7 have distinct roles during intrinsic apoptosis. BMC Cell Biol. 14-32. doi: 10.1186/1471-2121-14-32
Bruder SP., Jaiswal N., Haynesworth SE. (1997) Growth kinetics, self-renewal, and the osteogenic potential of purified human mesenchymal stem cells during extensive subcultivation and following cryopreservation. J Cell Biochem. 64: 278–294. DOI: 10.1002/(sici)1097-4644(199702)64:2<278::aidjcb11>3.0.co;2-f
Burgess R., Huang RP. (2016) Cancer stem cell biomarker discovery using antibody array technology. Adv Clin Chem. 73:109–25. doi: 10.1016/bs.acc.2015.10.001
Colter J., Murari, K., Biernaskie J., Kallos MS. (2021) Induced pluripotency in the context of stem cell expansion bioprocess development, optimization, and manufacturing: a roadmap to the clinic. npj Regen Med 6:72 doi: 10.1038/s41536-021-00183-7
De Lange T. (2009) How telomeres solve the end-protection problem. Science 326(5955): 948-52. doi: 10.1126/science.1170633
De Miguel MP., Fuentes-Julian S., Alcaina Y. (2010) Pluripotent stem cells: origin, maintenance and induction. Stem Cell Rev 6(4): 633–649. doi: 10.1007/s12015-010-9170-1
Denham M., Conley B., Olsson F., Cole TJ, Mollard R. (2005) Stem cells: an overview. Curr Protoc Cell Biol 23(23.1). doi: 10.1002/0471143030.cb2301s28
Barky AR., Ali EMM., Mohamed TM. (2017) Stem Cells, Classifications and their Clinical Applications. Am J Pharmacol Ther 1(1): 001-007. https://www.researchgate.net/publication/319277041_ Stem_Cells_Classifications_and_their_Clinical_Applications
Elmore SA. (2007) Poptosis: a review of programmed cell death. Toxicol Pathol 35(4): 495-516. doi: 10.1080/01926230701320337
Evans MJ., Kaufman MH. (1981) Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 292(5819): 154-156. doi: 10.1038/292154a0
Fajardo-Orduna GR., Mayani H., Montesinos JJ. (2015) Hematopoietic support capacity of mesenchymal stem cells: biology and clinical potential. Arch Med Res 46(8): 589–596. doi:10.1016/j.arcmed.2015.10.001
Falanga V. (2012) Stem cells in tissue repair and regeneration. J Invest Dermatol 132: 1538–1541. doi: 10.1038/jid.2012.77
Fausto N. (2004) Liver regeneration and repair: hepatocytes, progenitor cells, and stem cells. Hepatology 39(6): 1477–1487. doi: 10.1002/hep.20214
Friedenstein AJ., Chailakhjan RK., Lalykina KS. (1970) The development of fibroblast colonies in monolayer cultures of guinea-pig bone marrow and spleen cells. Cell Tissue Kinet 3: 393–403. doi: 10.1111/j.1365-2184.1970.tb00347.x
Fu DJ., Miller AD., Southard TL., Flesken-Nikitin A., Ellenson LH., Nikitin AY. (2018) Stem Cell Pathology. Annu Rev Pathol 13: 71-92. doi: 10.1146/annurev-pathol-020117-043935
Gatti RA., Meuwissen HJ., Allen HD., Hong R., Good RA. (1968) Immunological reconstitution of sex-linked lymphopenic immunological deficiency. Lancet 2(7583): 1366-1369. doi: 10.1016/s0140-6736(68)92673-1
Gearhart J. (1998) New potential for human embryonic stem cells. Science 282(5391): 1061–1062. doi: 10.1126/science.282.5391.1061
Griffith JD., Comeau L., Rosenfield S., Bianchi A., Moss H., de Lange T. (1999) Mammalian telomeres end in a large duplex loop. Cell. 97: 503–514. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80760-6
Gupta S., Kass GE., Szegezdi E., Joseph B. (2009) The mitochondrial death pathway: A promising therapeutic target in diseases. J Cell Mol Med 13: 1004-1033. doi: 10.1111/j.1582-4934.2009.00697.x
Gurdon JB. (1962) The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles. J Embryol Exp Morphol 10(4): 622–640. doi.org/10.1242/dev.10.4.622
Hall PA., Watt FM. (1989) Stem cells: the generation and maintenance of cellular diversity. Development 106(4): 619–633. doi.org/10.1242/dev.106.4.619
Han W., Yu Y., Liu XY. (2006) Local signals in stem cell-based bone marrow regeneration. Cell Res 16: 189–195. doi: 10.1038/sj.cr.7310026
He S., Nakada D., Morrison SJ. (2009) Mechanisms of stem cell self-renewal. Annu Rev Cell Dev Biol 25: 377–406. doi: 10.1146/annurev.cellbio. 042308.113248
Ilic D., Polak JM. (2011) Stem cells in regenerative medicine: introduction. Br Med Bull 98(1): 117–126. doi: 10.1093/bmb/ldr012
Ioannidou E. (2006) Therapeutic modulation of growth factors and cytokines in regenerative medicine. Curr Pharm Des 12(19): 2397-408. doi: 10.2174/138161206777699007.
Jacobson MD., Weil M., Raff MC. (1997) Programmed cell death in animal development. Cell 88(3): 347-354. doi: 10.1016/s0092-8674(00)81873-5
Jones D., Wagers A. (2008) No place like home: anatomy and function of the stem cell niche. Nat RevMol Cell Biol 9: 11–21 doi: 10.1038/nrm2319
Kang MI., Kim HS., Jung YC., Kim YH., Hong SJ., Kim MK., Baek KH., Kim CC., Rhyu MG. (2007) Transitional CpG methylation between promoters and retroelements of tissue-specific genes during human mesenchymal cell differentiation. J. Cell Biochem 102(1): 224–39. doi: 10.1002/jcb.21291
Keller G. (1995) In vitro differentiation of embryonic stem cells. Curr. Opin. Cell Biol.7(6): 862–869. doi: 10.1016/0955-0674(95)80071-9
Lane S., Rippon HJ., Bishop AE. (2007) Stem cells in lung repair and regeneration. Regen Med 2(4): 407–415. doi: 10.2217/17460751.2.4.407
Lander AD., Kimble J., Clevers H., Fuchs E., Montarras D., Buckingham M., Calof AL., Trumpp A., Oskarsson T. (2012) What does the concept of the stem cell niche really mean today? BMC Biol 10(19). doi: 10.1186/1741-7007-10-19
Lapidot T., Petit I. (2002) Current understanding of stem cell mobilization: the roles of chemokines, proteolytic enzymes, adhesion molecules, cytokines, and stromal cells. Exp HematolSep 30(9): 973-81. doi: 10.1016/s0301-472x(02)00883-4.
Li L., Xie T. (2005) Stem cell niche: structure and function. Annu Rev Cell Dev Biol. 21: 605–631. doi: 10.1146/annurev.cellbio.21.012704.131525
Liesveld JL., Sharma N., Aljitawi O.S. (2020) Stem cell homing: From physiology to therapeutics. Stem Cells 38(10): 1241– 1253. doi: 10.1002/stem.3242
Lodi D., Iannitti T., Palmieri B. (2011) Stem cells in clinical practice: applications and warnings. J Exp Clin Cancer Res 30(1): 9. doi: 10.1186/1756-9966-30-9
Mani SA., Guo W., Liao MJ., Eaton EN., Ayyanan A., Zhou AY., Brooks M., Reinhard F., Zhang CC., Shipitsin M., Campbell LL., Polyak K., Brisken C., Yang J., Weinberg RA. (2008) The epithelial mesenchymal transition generates cells with properties of stem cells. Cell 133(4): 704–715. doi: 10.1016/j.cell.2008.03.027
Mansergh FC., Wride MA., Rancourt DE. (2000) Neurons from stem cells: implications for understanding nervous system development and repair. Biochem Cell Biol 78(5): 613– 628.
Marone M., De RD., Bonanno G., Mozzetti S., Rutella S., Scambia G., Pierelli L. (2002) Cell cycle regulation in human hematopoietic stem cells: from isolation to activation. Leuk Lymphoma 43(2): 493–501. doi: 10.1080/10428190290011967
Martin GR. (1981) Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells 78(12): 7634-8. doi: 10.1073/pnas.78.12.7634
Maximov Dr.A. (1909) lymphozyt als gemeinsame stammzelle der verschiedenen blutelemente in der embryonale nentwicklung und impostfoetalenleben der saugetiere. FoliaHaematol. (Leipzig) 8: 125-134. doi 10.3205/ctt-2008-en-000040.01
Mirotsou M., Jayawardena TM., Schmeckpeper J., Gnecchi M., Dzau VJ (2011) Paracrine mechanisms of stem cell reparative and regenerative actions in the heart. J Mol Cell Cardiol 50(2): 280–289. doi: 10.1016/j.yjmcc.2010.08.005
Molоfsky AV., Pardal.R., Morrison S.J. (2004) Diverse mechanisms regulate stem cell self-renewal. Curr. Opin. Cell. Biol 16(6): 700-707 doi: 10.1016/j.ceb.2004.09.004
Morrison S., Kimble J. (2006) Asymmetric and symmetric stem-cell divisions in development and cancer. Nature 441: 1068–1074. doi: 10.1038/nature04956
Nimmakayala RK., Batra SK., Ponnusamy MP. (2019) Unraveling the journey of cancer stem cells from origin to metastasis. Biochim Biophys Acta Rev Cancer 1871(1): 50–63. doi: 10.1016/j.bbcan.2018.10.006
Norbury C., Zhivotovsky B. (2004) DNA damage-induced apoptosis. Oncogene 23: 2797–2808. doi: 10.1038/sj.onc.1207532
Ponte AL., Marais E., Gallay N., Langonne A., Delorme B., Herault O., Charbord P., Domenech JMD. (2007) The in vitro migration capacity of human bone marrow mesenchymal stem cells: comparison of chemokine and growth factor chemotactic activities. Stem Cells 25(7): 1737–45. doi: 10.1634/stemcells.2007-0054
Posfai E., Schell JP., Janiszewski A., Rovic I., Murray A., Bradshaw B., Yamakawa T., Pardon T., Bakkali MEl., Talon I., De Geest N., Kumar P., To KS., Petropoulos S., Jurisicova A., Pasque V., Lanner F. Rossant J. (2021) Evaluating totipotency using criteria of increasing stringency. NatCellBiol 23: 49–60 doi:10.1038/s41556-020-00609-2
Prockop DJ. (1997) Marrow stromal cells as stem cells for non hematopoietic tissues. Science 276(5309): 71–74. doi: 10.1126/science.276.5309.71
Ratajczak MZ., Zuba-Surma E., Kucia M., Poniewierska A., Suszynska M., Ratajczak J. (2012)
Pluripotent and multipotent stem cells in adult tissues. Adv Med Sci 57(1): 17. doi: 10.2478/v10039-012-0020-z
Rosen JM., Jordan CT. (2009) The increasing complexity of the cancer stem cell paradigm. Science 324(5935): 1670–1673. doi: 10.1126/science.1171837
Rossant J. (2001) Stem cells from the mammalian blastocyst. Stem Cells 19(6): 477–482. doi: 10.1634/stemcells.19-6-477
Rycaj K., Tang DG. (2015) Cell-of-origin of cancer versus cancer stem cells: assays and interpretations. Cancer Res 75(19): 4003–11. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-15-0798
Schmidt JC., Cech TR. (2015) Human telomerase: biogenesis, trafficking, recruitment, and activation. Genes Dev 29(11): 1095-105. doi: 10.1101/gad.263863.115
Sekhar L., Bisht N. (2006) Stem cell therapy. Apollo Med 3(3): 271-276. doi: 10.1016/S0976-0016(11)60209-3
Shah M., Allegrucci C. (2013) Stem cell plasticity in development and cancer: epigenetic origin of cancer stem cells. Subcell Biochem 61: 545–65. doi: 10.1007/978-94-007-4525-4_24
Shaker A., Rubin DC. (2012) Stem cells: one step closer to gut repair. Nature 485:181–182. doi: 10.1038/485181a
Shay JW., Wright WE. (2010) Telomeres and telomerase in normal and cancer stem cells. FEBS Lett 584(17): 3819-25. doi: 10.1016/j.febslet.2010.05.026
Shenghui H., Nakada D., Morrison SJ. (2009) Mechanisms of stem cell self-renewal. Annu Rev Cell Dev Biol 25(1): 377-406. doi: 10.1146/annurev.cellbio.042308.113248
Shimasaki M., Ueda S., Ichiseki T., Hirata H., Kawahara N., Ueda Y. (2021) Resistance of bone marrow mesenchymal stem cells in a stressed environment - Comparison with osteocyte cells. Int J Med Sci 18(6): 1375-1381. doi: 10.7150/ijms.52104.
Shin JS., Hong A., Solomon MJ., Lee CS. (2006) The role of telomeres and telomerase in the pathology of human cancer and aging. Pathology 38(2): 103–113. doi: 10.1080/00313020600580468
Smith AG. (2001) Embryo-derived stem cells: Of mice and men. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 17: 435–462. doi: 10.1146/annurev.cellbio.17.1.435
Sohni A., Verfaillie CM. (2011) Multipotent adult progenitor cells. Best Pract Res Clin Haematol 24(1): 3–11. doi: 10.1016/j.beha.2011.01.006
Sozen B., Jorgensen., V., Weatherbee BAT., Chen S., Zhu M., Zernicka-Goetz M. (2021) Reconstructing aspects of human embryogenesis with pluripotent stem cells. NatCommun 12: 5550. doi: 10.1038/s41467-021-25853-4
Spangrude GJ., Heimfeld S., Weissman IL. (1988) Purification and characterization of mouse hematopoietic stem cells. Science 241(4861): 58-62. doi: 10.1126/science.2898810
Spillane JB., Henderson MA. (2007) Cancer stem cells: a review. ANZ J Surg 77(6): 464–8. doi: 10.1111/j.1445-2197.2007.04096.x
Steller H. (1995) Mechanisms and genes of cellular suicide. Science 267(5203): 1445–1449. doi: 10.1126/science.7878463
Stevens LC., Little CC. (1954) Spontaneous Testicular Teratomas in an Inbred Strain of Mice. PNAS 40(11): 1080-1087. doi: 10.1073/pnas.40.11.1080
Takahashi K., Yamanaka S. (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 126(4): 663–676. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024
Takahashi K., Yamanaka S. (2016) A decade of transcription factor-mediated reprogramming to pluripotency. Nat Rev Mol Cell Biol 17(3): 183–93. doi: 10.1038/nrm.2016.8
Takubo K., Nakamura K., Izumiyama N., Furugori E., Sawabe M., Arai T., Esaki Y., Mafune KI., Kammori M., Fujiwara M., Kato M., Oshimura M., Sasajima K. (2000) Telomere shortening with aging in human liver. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 55(11): B533–B536. doi: 10.1093/gerona/55.11.b533
Tanosaki S., Tohyama S., Kishino, Y., Fujita J., Fukuda Keiichi. (2021) Metabolism of human pluripotent stem cells and differentiated cells for regenerative therapy: a focus on cardiomyocytes. Inflamm Regener 41(5). doi: 10.1186/s41232-021-00156-9
Till JE. McCulloch EA. (1961) A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells Radiat. Res 14: 213-222.
Thomson JA., Itskovitz-Eldor J., Shapiro SS., Waknitz MA., Swiergiel JJ., Marshall VS., Jones JM. (1998) Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. Science 282(5391): 1145-1147. doi: 10.1126/science.282.5391.1145
Van Steensel B., Smogorzewska A., de Lange T. (1998) TRF2 protects human telomeres from end-to-end fusions. Cell 92(3): 401–413. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80932-0.
Vitale I., Manic G., De Maria R., Kroemer G., Galluzzi L. (2017) DNA Damage in Stem Cells, Molecular Cell 66(3): 306-319. doi: 10.1016/j.molcel. 2017.04.006
Wagers AJ., Weissman IL. (2004) Plasticity of adult stem cells. Cell 116(5): 639–48. doi: 10.1016/s0092-8674(04)00208-9
Walcher L., Kistenmacher AK., Suo H., Kitte R., Dluczek S., Strauss A., Blaudszun AR., Yevsa T., Fricke S., Kossatz-Boehlert U. (2020) Cancer stem cells-origins and biomarkers: perspectives for targeted personalized therapies. Front Immunol 11:1280. doi: 10.3389/fimmu.2020.01280
Wang K., Guzman, A. K., Yan, Z., Zhang, S., Hu, M. Y., Hamaneh, M.B., Yu Y-K., Tolu S., Zhang J.,Kanavy HE., Ye K., Bartholdy B., Bouhassiraet EE. (2019) Ultra-high-frequency reprogramming of individual long-term hematopoietic stem cells yields low somatic variant induced pluripotent stem cells. Cell Rep 26(10): 2580–2592. E2587. doi: 10.1016/j.celrep.2019.02.021 85. Watt FM, Hogan BL. (2000) Out of Eden: stem cells and their niches. Science 287(5457): 1427-1430. doi: 10.1126/science.287.5457.1427
Yu Z., Pestell TG.,Lisanti MP., Pestellb RG. (2012) Cancer Stem Cells. Int J Biochem. Cell Biol 44(12): 2144–2151. doi: 10.1016/j.biocel.2012.08.022
Xia P. (2014) Surface markers of cancer stem cells in solid tumors. Curr Stem Cell Res Ther 9(2): 102–11. doi: 10.2174/1574888x09666131217003709
Zakrzewski, W., Dobrzyński M., Szymonowicz M., Rybak Z. (2019) Stem cells: past, present, and future. Stem Cell Res Ther 10:68. https://doi.org/10.1186/s13287-019-1165-5
Zhang J., Jiao J. (2015) Molecular Biomarkers for Embryonic and Adult Neural Stem Cell and Neurogenesis. Biomed Res Int doi:10.1155/2015/727542
Zhao W., Ji X., Zhang F., Li L., Ma L. (2012) Embryonic stem cell markers. Molecules 17(6): 6196– 236. doi: 10.3390/molecules17066196
DOI: https://doi.org/10.34142/2708-5848.2021.23.2.09
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.