Geny Hox kontrolują komórki macierzyste zaangażowane w tworzenie i naprawę kości

Nowe badanie wykazało, że geny, o których wiadomo od dawna, że ​​kontrolują tworzenie kości przed kontrolą urodzeń, gojenie się kości w późniejszym życiu.

Nowe badanie, prowadzone przez naukowców z NYU Langone Health, zidentyfikowało kluczowe geny Hox, specyficzne dla każdego miejsca w ciele, jako kontrolery komórek macierzystych zaangażowanych w tworzenie i naprawę kości. Białka HOX działają jak „kod pocztowy” dla ciała, lokalizując kończyny w zarodku poprzez kodowanie instrukcji dla czynników transkrypcyjnych, które wiążą się z DNA i wpływają na funkcjonowanie genów.

Autorzy badania twierdzą, że takie modyfikacje kierują niedojrzałymi komórkami macierzystymi, gdy rozmnażają się i dojrzewają w łonie matki, stając się mięśniem sercowym, nerwami, kośćmi itp., i to we właściwych miejscach. Kości należą do tkanek, dzięki którym pule komórek macierzystych pozostają pod ręką aż do dorosłości, gotowe do dojrzewania w niezbędne komórki zastępcze, które utrzymują zdrową tkankę i leczą złamane kości.

Został on niedawno opublikowany online w czasopiśmie rozwójNowa praca wykazała, że ​​programy genetyczne Hox w wieku dorosłym kontrolują rodzaj komórek macierzystych kości zwanych komórkami macierzystymi i progenitorowymi lub PSCP. Komórki te odgrywają kluczową rolę w gojeniu kości zgodnie z położeniem określonym przez macicę, w której zostały utworzone. Wiadomo już, że kodują kod przestrzenny, który określa plan formowania się ciała, geny HOX wykazano w badaniu, że nadają dorosłym komórkom macierzystym z różnych miejsc właściwości potrzebne do regeneracji konkretnej kości, w której się znajdują.

Naukowcy twierdzą, że te komórki macierzyste wyczerpują się podczas starzenia, co prowadzi do słabszych kości, które są bardziej podatne na złamania i wolniej się goją. Starając się przeciwdziałać tej utracie gojenia, zespół badawczy wykazał zwiększoną aktywność genu kierującego konstruktem Hoksa 10 Czynnik transkrypcyjny w kości piszczelowej, największej „piszczeli” u starszych myszy, spowodował 32,5% przywrócenie zdolności do naprawy złamań.

Nasze dane ujawniły wcześniej nieznaną funkcję genów Homeobox lub Hox jako niezbędnych specyficznych dla miejsca regulatorów dojrzewania komórek macierzystych do dorosłości, z krótkoterminowym lokalnym wzrostem ich ekspresji, który może napędzać gojenie. Obietnica terapeutyczna dorosłych komórek macierzystych jako źródła komórek tworzących kości u osób zagrożonych jest ogromna”.

Dr Philip Locht, autor badań, Raj Sobti Menon profesor nadzwyczajny ortopedii na Wydziale Ortopedii w Szkole Medycznej Grossman NYU

Kości wymagają uwagi

Kluczowym pytaniem w tej dziedzinie było to, czy gojenie kości jest napędzane bardziej przez komórki macierzyste w szpiku w centrum kości, czy te, o których wiadomo, że gromadzą się w proksymalnej okostnej, zewnętrznej warstwie kości zbudowanej z twardych, wypełnione obszary tkanki łącznej. Oba typy komórek macierzystych mają zdolność dojrzewania do osteoblastów, komórek tworzących nową kość w odpowiedzi na złamanie, ale obecne badanie dowodzi, że okostnowe komórki macierzyste, PSPC, są ważnymi czynnikami przyczyniającymi się do naprawy kości.

Wyniki badania opierają się na zrozumieniu, że aby pule komórek macierzystych były pod ręką, muszą otrzymywać sygnały do ​​ciągłego dzielenia się i namnażania bez dojrzewania, przy jednoczesnym zachowaniu ich „łodyg” do czasu, gdy będą potrzebne. Ciało reguluje naprawę kości, kontrolując stopień, w jakim komórki macierzyste pozostają niedojrzałe, przy czym najbardziej prymitywne komórki odgrywają największą rolę w gojeniu ze względu na ich elastyczność i zdolność do szybkiego namnażania.

W bieżącym badaniu naukowcy odkryli, że niedobór Hox prowadzi do zwiększonej tendencji komórek macierzystych do różnicowania się w dojrzałe typy komórek kostnych. I odwrotnie, gdy zespół się powiększył Hoksa 10 W komórkach macierzystych i progenitorowych przeprogramował je do stanu podobnego do komórek macierzystych, co jest niezbędnym krokiem, jeśli mają stać się nowymi komórkami tworzącymi kości w ramach procesu gojenia.

Konkretnie, mówią autorzy, PSPC istnieją jako mieszana grupa komórek macierzystych, która obejmuje te zawierające najbardziej naiwne okostnowe komórki macierzyste (PSC), wraz z bardziej dojrzałymi komórkami progenitorowymi okostnowej 1 i 2 (PP1 i PP2). Obecni autorzy badania stwierdzili, że Hoksa 10 Ekspresja była bardziej obfita w PSC i znacznie spadała, gdy komórki postępowały wzdłuż hierarchii linii do PP1 i PP2. Eksperymenty, które zwiększyły aktywność genów Hox w tych bardziej dojrzałych progenitorach, doprowadziły do ​​trzykrotnego wzrostu CSC, gdy komórki zostały przeprogramowane na bardziej prymitywną tożsamość komórek macierzystych.

Współautor Kevin Leclerc, badacz ze stopniem doktora w laboratorium dr Leclerca, powiedział: „PSPC mają odrębne cechy, które będą stanowić podstawę przyszłych terapii komórkowych, w tym ich większą skłonność do naturalnej regeneracji kości w porównaniu z wieloma populacjami komórek macierzystych o znaczeniu ”. „Modulując aktywność Hox w tych komórkach, możemy pomóc im skuteczniej regenerować kości u osób z niedoborem zdolności gojenia kości”.