GEnes od dawna wiadomo, że kontrolują tworzenie się kości przed urodzeniem, kontrolują również gojenie się kości w późniejszym życiu, wynika z nowego badania.

Nowe badanie, prowadzone przez naukowców z NYU Langone Health, wskazało kluczowe geny Hox, specyficzne dla każdego miejsca w ciele, jako kontrolery komórek macierzystych zaangażowanych zarówno w tworzenie, jak i naprawę kości. Białka HOX działają jak „kod pocztowy” organizmu, określając pozycję kończyn u płodu poprzez kodowanie instrukcji dla czynników transkrypcyjnych, które przyczepiają się do DNA i wpływają na działanie genów.

Takie dostosowania kierują niedojrzałymi komórkami macierzystymi, gdy namnażają się i dojrzewają w łonie matki, twierdzą autorzy badania, aby stać się mięśniem sercowym, nerwami, kośćmi itp. i we właściwych miejscach. Kość jest jedną z tkanek, które utrzymują pule komórek macierzystych pod ręką w wieku dorosłym, gotowe do dojrzewania w potrzebne komórki zastępcze, które utrzymują zdrową tkankę i leczą złamane kości.

Opublikowano niedawno online w czasopiśmie Rozwój, nowa praca wykazała, że ​​programy genetyczne Hox w wieku dorosłym kontrolują typ komórek macierzystych kości zwany komórkami macierzystymi i progenitorowymi okostnej lub PSCP. Komórki te odgrywają kluczową rolę w gojeniu kości zgodnie z pozycjami określonymi przez macicę, w których po raz pierwszy się uformowały. W badaniu wykazano, że geny HOX, znane już z kodowania kodu przestrzennego, który określa plan formowania się organizmu, nadają dorosłym komórkom macierzystym z różnych lokalizacji właściwości potrzebne do regeneracji konkretnej kości, w której się znajdują.

Naukowcy twierdzą, że podczas starzenia takie komórki macierzyste ulegają wyczerpaniu, co powoduje słabsze kości, które są bardziej podatne na złamania i wolniej się goją. Starając się przeciwdziałać tej utracie gojenia, zespół badawczy wykazał, że zwiększenie aktywności genu, który kieruje budową Hoxa10 czynnik transkrypcyjny w kości piszczelowej, większej z dwóch „goleni”, u starzejących się myszy spowodował 32,5-procentowe przywrócenie zdolności naprawy złamań.

„Nasze dane ujawniły wcześniej nieznaną funkcję genów Homeobox lub Hox jako niezbędnych, specyficznych dla lokalizacji regulatorów dojrzałości komórek macierzystych w wieku dorosłym, z krótkoterminowym lokalnym wzrostem ich ekspresji, który może prowadzić do gojenia” – powiedział autor badania Philipp Leucht, MD, Dr Raj-Sobti-Menon profesor nadzwyczajny chirurgii ortopedycznej na oddziale chirurgii ortopedycznej w Szkole Medycznej Grossman NYU. „Obietnica terapeutyczna dorosłych komórek macierzystych jako źródła komórek tworzących kości u osób z upośledzonym zdrowieniem jest ogromna”.

Kość wymaga uwagi

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

Wyniki badań opierają się na zrozumieniu, że aby mieć pule komórek macierzystych pod ręką, muszą one otrzymywać sygnały do ​​ciągłego dzielenia się i namnażania bez dojrzewania, zachowując swoją „macierzystość” do momentu, 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 wzrostu skłonności komórek macierzystych do różnicowania się w dojrzałe typy komórek kostnych. I odwrotnie, gdy zespół się powiększył Hoxa10 ekspresji w komórkach macierzystych i progenitorowych kości piszczelowej, przeprogramował je do stanu bardziej 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 populacja komórek macierzystych, która obejmuje te z największą liczbą łodyg, naiwne okostnowe komórki macierzyste (PSC), wraz z bardziej dojrzałymi komórkami progenitorowymi 1 i 2 okostnej (PP1 i PP2). Obecni autorzy badania stwierdzili, że Hoxa10 ekspresja była najbardziej obfita w PSC i była znacznie zmniejszona, gdy komórki postępowały wzdłuż hierarchii linii do PP1 i PP2. Eksperymenty, które zwiększyły aktywność genów Hox u tych bardziej dojrzałych przodków, przyniosły trzykrotny wzrost liczby PSC, ponieważ komórki zostały przeprogramowane na bardziej prymitywną tożsamość komórek macierzystych.

„PSPC mają wyróżniające cechy, które stanowią podstawę przyszłych terapii komórkowych, w tym ich większą skłonność do naturalnej regeneracji kości niż wiele pokrewnych grup komórek macierzystych” – powiedział współautor, główny autor Kevin Leclerc, doktor habilitowany w laboratorium dr Leuchta. „Modyfikując aktywność Hox w tych komórkach, możemy pomóc im skuteczniej regenerować kości u osób z niedoborem zdolności gojenia kości”.

Wraz z dr Leuchtem i dr Leclerc, autorami badania z Wydziału Chirurgii Ortopedycznej są Lindsey Remark, Malissa Ramsukh, Anne Marie Josephson, Laura Palma, Paulo EL Parente, Margaux Sambon, Sooyeon Lee, Emma Muiños Lopez i współstarszy autor Sophie Morgani. Badanie zostało sfinansowane z grantów National Institutes of Health R01AG056169, K08AR069099, S10OD010751, 5P30CA016087 642 i P41 EB017183, a także z grantu wsparcia Perlmutter Cancer Center P30CA016087, rodziny Patricii i Franka Zarb oraz stypendium podoktoranckiego CTSI TL1 Nowego Fundacja Komórek Macierzystych Yorku.

Zapytania mediów

Grega Williamsa
Telefon: 212-404-3500
gregory.williams@nyulangone.org