В регенеративной медицине неожиданно вырос мощный барьер. В поисках причин ожирения ученые обнаружили способность стволовых клеток крови перерождаться в жировые клетки.
Ученые подошли вплотную к пониманию клеточных изменений, которые ведут к ожирению. И тут же поставили под сомнение одну из общепризнанных парадигм биологии. Ранее считалось, что белые жировые клетки (белые адипоциты) появляются только из стволовых клеток соединительной ткани. Исследователи из Университета Колорадо (University of Colorado) нашли подтверждения того, что жир образуется еще и из стволовых клеток крови (гемопоэтических).
Переполненный резервуар
Жировая ткань -- бесценный резервуар энергии, эдакий «стабилизационный фонд», который обеспечивает организм энергоресурсами и позволяет выжить в условиях голодания. В женском организме жировая ткань выполняет еще одну дополнительную функцию -- стабилизирует гормональный фон и позволяют не потерять сексуальность после менопаузы.
Нередко энергодепо доставляет хлопоты. Это происходит в том случае, когда запасы жира превышают критическую массу и начинается ожирение.
В зависимости от типа ожирения адипоциты могут либо увеличиваться в размере (гипертрофическая форма), либо размножаться (гиперпластическая форма). Так как клетка способна накапливать ограниченное количество жира (в норме 0,3 мкл, максимум -- до 1 мкл), то при гипертрофической форме ожирения объем жирового депо остается более или менее постоянным. Если ожирение связано с непомерным размножением клеток, то с увеличением количества клеток возрастает и масса тела. Это связано с тем, что на молекулярном уровне каждая рожденная клетка «просит покушать», повышая аппетит. Поэтому чем больше рождается новых жировых клеток, тем больше требуется пищи, чтобы утолить голод.
Предшественники адипоцитов
Исследователи из разных стран детально изучают молекулярные процессы, ответственные за рождение новых адипоцитов. Понятно, что особый интерес вызывают клетки-предшественницы, которые по непонятным причинам начинают активно размножаться. Ученым известно, что бурые адипоциты образуются из клеток-предшественниц в жировой соединительной ткани внутренних органов. Предшественники же белых адипоцитов до сих пор вызывают массу вопросов. Так, в одном из последних исследований (2009) ученые выделили несколько субпопуляций предшественников белых адипоцитов.
Несмотря на видимые различия между клетками, полученными от различных предшественников, большинство ученых убеждены, что все жировые клетки происходят только от стволовых клеток соединительной ткани. Но в 2006 году, когда субпопуляции предшественниц адипоцитов еще не были выделены, исследователи под руководством Сьюзан Майки (Susan M. Majka) предположили, что источником жировых клеток может стать костный мозг. В статье «De novo generation of white adipocytes from the myeloid lineage via intermediates is age, adipose depot and gender specific», появившейся в журнале PNAS, ученые представляют экспериментальные аргументы в пользу ранее высказанных предположений.
Новый жир
Предыдущие исследования ученых из группы Сьюзан Майки позволяли предположить, что и белые, и бурые жировые клетки образуются из клеток костного мозга. Так как исследователи не нашли доказательств, подтверждающих, что именно «соединительные» клетки костного мозга включаются в круговорот жирообразования, то они предположили, что предшественниками могут быть гематопоэтические клетки. Чтобы подтвердить новую гипотезу, ученые пересадили генетически маркированные гемопоэтические клетки в костный мозг мыши. Через некоторое время биологи проанализировали новые жировые клетки реципиента и обнаружили в них генетические маркеры гемопоэтических клеток мыши-донора.
Исследователи решили идентифицировать предшественника жира. Первыми в списки подозреваемых попали миелоидные клетки костного мозга. Известно, что они дают начало не только всем форменным элементам крови (кроме лимфоцитов), но и другим клеткам организма (клеткам скелетной мускулатуры, печени, покровных тканей). Учитывая такую функциональную «распущенность», исследователи предположили, что миелоидные клетки могут быть еще и прародителями жира. И провели соответствующий эксперимент. Ученые исключили все возможные варианты клеточного «загрязнения» и провели цитометрический, визуальный и цитогенетический анализ костного мозга и жировой ткани. После всех перепроверок исследователи пришли к выводу, что миелоидные клетки костного мозга способны преобразовываться в жировые клетки.
Последним этапом стал эксперимент in vitro: биологи поселили миелоидные клетки в питательную среду. В культивируемые клетки ученые вносили вещества, которые индуцируют рождение адипоцитов. Всего через четырнадцать дней кроветворные клетки превратились в жир.
Пол и возраст имеют значение
Напомним, что в зависимости от происхождения жировые клетки могут отличаться друг от друга по метаболическим и морфологическим параметрам. Также известно, что женщины и мужчины полнеют по-разному. Ученые предположили, что нарастание жира в тех или иных частях тела также может зависеть от субпопуляций клеток-предшественников. Чтобы проверить эту гипотезу, экспериментаторы изучили жировые отложения с кровяными корнями у мышей. Они сравнили объемы и локализацию «энергетических депо» в организмах особей мужского и женского пола. Оказалось, что время играет на стороне жировых клеток, но против женских особей. С возрастом все больше клеток костного мозга превращались в жир. Причем несравнимо большее количество гемопоэтических клеток превратилось в жир именно в организме самки. Более того, жировые отложения накапливались не под кожей, а между органами -- в основном в области почек и половых желез.
По результатам эксперимента ученые описали предполагаемую схему, следуя которой, стволовые клетки крови образуют жир.
Согласно модели ученых, в костном мозге (1) формируются стволовые клетки крови (2), которые перерождаются в более специфичные миелоидные клетки (3). Миелоидные клетки дают начало предшественникам жировых клеток (4), из которых в конечном итоге формируются белые адипоциты. В процессе перемещения в жировую ткань (6) адипоциты теряют генетические маркеры миелоидных клеток.
Результаты эксперимента заставят задуматься не только косметологов и диетологов, но и специалистов по регенеративной медицине. Ведь если некоторые субпопуляции гемопоэтических клеток перерождаются в жировые клетки, то использовать их для лечения нельзя.
Ученые планируют более детально изучить затронутые проблемы и найти клетки Non Grata регенеративной медицины.
