Клетка-предшественница поджелудочной железы
Клетка-предшественница поджелудочной железы | |
---|---|
Подробности | |
Предшественник | передней кишки Энтодерма |
Идентификаторы | |
латинский | Клетки-предшественники поджелудочной железы |
ТД | Х2.00.01.0.00005 |
Анатомические термины микроанатомии |
Клетки-предшественники поджелудочной железы представляют собой мультипотентные стволовые клетки, передней кишки происходящие из развивающейся энтодермы , которые обладают способностью дифференцироваться в специфичные для линии предшественники, ответственные за развивающуюся поджелудочную железу . [1] [2]
Они дают начало как эндокринным, так и экзокринным клеткам. Экзокринные клетки составляют ацинарные клетки и протоковые клетки . Эндокринные клетки включают бета-клетки, вырабатывающие инсулин , альфа-клетки, секретирующие глюкагон , дельта-клетки, секретирующие соматостатин , и РР-клетки, секретирующие полипептид поджелудочной железы . [3]
Было показано, что клетки-предшественники поджелудочной железы возникают из клеток, происходящих из развивающейся передней кишки во время развития млекопитающих. [4] [5] Было замечено, что у развивающегося эмбриона на стадиях E9.0–E9.5 имеется скопление клеток, дающих начало поджелудочной железе. Эти кластеры обладают мультипотентными свойствами. [6]
Разработка
[ редактировать ]Поджелудочная железа – орган энтодермального происхождения. Энтодерма , относится к трем зародышевым слоям из которых состоит развивающийся эмбрион . Ткань поджелудочной железы берет начало от дорсальной и вентральной сторон задней части передней кишки. Их можно наблюдать на стадиях E9.0–E9.5 во время эмбрионального развития . Слияние этих почек происходит во время вращения развивающейся кишки. Слитая и развитая поджелудочная железа состоит из клеток, секретирующих ферменты поджелудочной железы ( экзокринные клетки), клеток, транспортирующих пищеварительные ферменты (клетки протоков), и клеток, продуцирующих гормоны ( эндокринные клетки). Эти эндокринные клетки развиваются в отдельных областях поджелудочной железы, известных как островки.
У людей спинную почку можно наблюдать через 26 дней после оплодотворения. Однако островковые клетки можно наблюдать только через 52 дня после оплодотворения. Развитие бета-клеток предшествует развитию других эндокринных клеток островков. Все островковые клетки можно наблюдать в первом триместре у человека. Эта вариация в развитии подтипов островковых клеток обусловлена дифференциальной экспрессией генов и путями индукции клеток-предшественников. [7]
Локации
[ редактировать ]Различные исследовательские группы проводили эксперименты по отслеживанию генетических линий, чтобы показать, что кластеры клеток, происходящие из развивающейся передней кишки, экспрессируют фактор транскрипции, называемый PDX1 (гомеобокс 1 поджелудочной железы и двенадцатиперстной кишки). Было показано, что этот транскрипционный фактор приводит к образованию мультипотентных стволовых клеток, вносящих вклад в эндокринные, экзокринные и протоковые клетки поджелудочной железы. Было показано, что эти клетки пространственно расположены на верхушке разветвленного дерева поджелудочной железы. Позже было показано, что эти клетки происходят из дорсального зачатка развивающейся поджелудочной железы. [ нужна ссылка ]
Pdx1 считается самым ранним маркером дифференцировки поджелудочной железы. Было показано, что Pdx1 является маркером всех клеток-предшественников поджелудочной железы и средней кишки. Экспрессия Pdx1 является эмпирической для управления развивающейся поджелудочной железой после стадии зачатка, когда развиваются две зачатки (дорсальная и латеральная) незрелой поджелудочной железы. Было показано, что передача сигналов Notch регулирует количество экзокринных и эндокринных клеток в поджелудочной железе, но не без присутствия Pdx1. [8] [9] Передача сигналов Notch позволяет экспансию панкреатических предшественников посредством процесса латерального ингибирования . [10]
Было показано, что эти клетки имеют 28 генов, регулирующих клеточный цикл, который необходимо активировать, что указывает на то, что они являются пролиферативными клетками, способными замещать и давать начало множественным популяциям клеток в поджелудочной железе. [11] [12]
Регулирование спецификации
[ редактировать ]Было показано, что панкреатические предшественники возникают в результате ранней экспрессии гена Mnx1 /Hlxb1 (моторный нейрон и гомобокс 1 поджелудочной железы). Было показано, что экспрессия Mnx1 важна для развития дорсального Pdx1, следовательно, действует как необходимый транскрипционный фактор для спецификации энтодермы передней кишки в панкреатические предшественники, экспрессирующие Pdx1. Аналогично, другой набор генов Gata4 (GATA-связывающий белок 4) и Hnf1b /Tcf2 (ген гомобокса B HNF) необходим для развития вентрального зачатка развивающейся поджелудочной железы. Эти гены регулируют экспрессию Mnx1 в вентральном зачатке, что приводит к спецификации развития клеток-предшественников поджелудочной железы, экспрессирующих Pdx1. Один ген Onecut1 /Hnf6 (транскрипционный фактор члена 1 семейства доменов onecut) также отвечает за своевременную экспрессию Pdx1 как в вентральных, так и в дорсальных зачатках. Следовательно, экспрессия этого белка также способствует образованию панкреатических предшественников, экспрессирующих Pdx1. Здесь важно отметить, что развивающиеся дорсальные и вентральные зачатки характеризуются как энтодерма, и только после экспрессии Pdx1 (спецификация энтодермы в мультипотентное состояние стволовых клеток) происходит переход энтодермы к панкреатическим предшественникам.
Переменное количество генов демонстрирует множественные пути индукции развивающейся энтодермы , внутренне внутри энтодермы (например, передача сигналов notch) или из соседней сердечной мезодермы ( Sonic hedgehog ингибирование белка фактором роста фибробластов ). [13] [14]
Отличие панкреатических предшественников от печеночных предшественников также примечательно, поскольку Hhex1 (гематопоэтически экспрессируемый гомеобоксный ген) ответственен за возникновение клеток-предшественников поджелудочной железы. В отсутствие Hhex (у Hhex дважды негативных мышей) развивается печень, но не поджелудочная железа, показывая, что Hhex допускает дивергентную спецификацию предшественника поджелудочной железы, а не позволяет формировать печеночный предшественник. [15] [16]
Развитие линий
[ редактировать ]Клетки-предшественники поджелудочной железы обладают способностью дифференцироваться как в эндокринные, так и в экзокринные предшественники. [17]
Эндокринная линия
[ редактировать ]Эндокринные предшественники представляют собой группу предшественников, которые развиваются во все эндокринные клетки поджелудочной железы. Эндокринные линии развиваются в дельта-клетки , PP-клетки, эпсилон-клетки, бета-клетки и альфа-клетки . Альфа-клетки производят глюкагон , а бета-клетки производят инсулин . Инсулин и глюкагон антагонистически регулируют гомеостаз глюкозы в организме млекопитающих. РР-клетки продуцируют полипептид поджелудочной железы, который является регулятором эндокринной и экзокринной секреции в поджелудочной железе и кишечнике. Дельта-клетки, которые производят соматостатин , который является гормоном, ингибирующим гормон роста и играющим важную функцию в регуляции выработки гормонов передней долей гипофиза . Эпсилон-клетки производят грелин (гормон голода), который представляет собой нейропептид, который действует на гипоталамический центр мозга, где он соединяется с GHSR (рецепторами, стимулирующими секрецию гормона роста) и опосредует чувство голода. [18]
Экзокринная линия
[ редактировать ]Экзокринные клетки-предшественники развиваются в клетки-предшественники, экспрессирующие амилазу. Эти клетки затем могут быть идентифицированы в тканях как секреторные по своей природе и способствуют выработке ферментов поджелудочной железы. [19]
Протоковая линия
[ редактировать ]Протоковые предшественники представляют собой группу предшественников, которые развиваются в протоковые клетки поджелудочной железы. Эти клетки выстилают протоки и также происходят из предшественников поджелудочной железы. [20] [21]
Маркеры
[ редактировать ]Показано, что энтодермальные предшественники экспрессируют Hnf6 и Hnf1b, следовательно, являются клетками Hnf6+/Hnf1b+. Из-за подавления передачи сигналов Sonic hedgehog клетки-предшественники поджелудочной железы развиваются и дают начало множественным клеточным линиям. Клетки-предшественники поджелудочной железы представляют собой клетки Nkx2.2+/Nkx6.1+/P48+. [22]
Эндокринные клетки
[ редактировать ]Эндокринные клетки-предшественники развиваются из клеток-предшественников поджелудочной железы под влиянием Ngn3 (нейрогенина 3). Эта детерминация клеточной судьбы обусловлена экспрессией Sox9 (Sry-связанный транскрипционный фактор 9 HMB-бокса) и подавлением передачи сигналов Notch. Клетки-предшественники поджелудочной железы, следовательно, представляют собой клетки Ngn3+/NeuroD+/IA1+/Isl1+/ Pax6 +. Эти клетки затем развиваются в предшественники бета-клеток под влиянием Pax4. Пропредшественниками бета-клеток являются клетки MafB+/Pdx1+/Nkx2.2+. Установлено, что эти пропредшественники бета-клеток образуют предшественники бета-клеток, экспрессирующие Pax1. [23] Наконец, предшественники бета-клеток созревают в зрелые взрослые бета-клетки, которые представляют собой Pdx1+/Nkx2.2+/Nkx6.1+/Pax6+/NeuroD+/MafA+. [24]
Эндокринные клетки-предшественники также развиваются в пропредшественники дельта-клеток, экспрессирующих Pax4 и Pax6. Затем они образуют клетки-предшественники дельта-клеток Som+. Эти предшественники дельта-клеток созревают в дельта-клетки, которые представляют собой Brn+/Pax6+. [25]
Кроме того, эндокринные клетки-предшественники также образуют пропредшественники клеток Nkx2.2+ PP, которые затем определяют как клетки-предшественники PP+ (полипептида поджелудочной железы), а затем и PP-клетки. Эндокринные предшественники также ответственны за формирование эпсилон-клеток. [26]
Экзокринные клетки
[ редактировать ]Эти клетки-предшественники развиваются из клеток-предшественников поджелудочной железы и представляют собой клетки P48+. Эти клетки развиваются в зрелые экзокринные клетки амилазы+/P48+. [27]
Протоковая клетка
[ редактировать ]Эти клетки экспрессируют Hnf6 и происходят из клеток-предшественников поджелудочной железы. Они своеобразны, поскольку их морфология и характеристики аналогичны морфологии и характеристикам клеток-предшественников поджелудочной железы. Предшественники протоковых клеток экспрессируют Hnf6 до того, как развиваются в зрелые протоковые клетки поджелудочной железы. [28]
Регенерация поджелудочной железы
[ редактировать ]Регенеративный потенциал поджелудочной железы взрослого человека стал ключевым моментом для дискуссий. Многие исследовательские группы, в том числе видные ученые в этой области, не смогли определить истинное наличие или отсутствие этих клеток и их функцию в регенерации поджелудочной железы, как следует из их названия. Это связано с тем, что их регенеративный потенциал в экспериментальных условиях теряется. Однако новые исследования показывают, что факторы роста суперсемейства TGF-бета могут участвовать в регенерации клеток поджелудочной железы. Также было показано, что мезенхимальные стволовые клетки поджелудочной железы, выделенные из переваров протоков, обладают регенеративным потенциалом под действием определенных факторов роста. [29] [30] Также было показано, что они дают начало клеткам как минимум двух разных зародышевых листков. Однако это может быть ошибочно истолковано как эндокринный предшественник, а не как клетка-предшественник поджелудочной железы. Это связано с исследованием, проведенным Зулвески и его коллегами, которые показали наличие специфических маркеров нервных стволовых клеток в протоках поджелудочной железы крыс. Однако эти клетки не показали окрашивания на CK19 (цитокератин 19), маркер клеток протоков. [31]
Исследовать
[ редактировать ]Программирование клеток-предшественников
[ редактировать ]Разработка протокола, включающего направленную генерацию предшественников поджелудочной железы, была выполнена на чЭСК ( эмбриональных стволовых клетках человека ). Эти клетки, демонстрирующие огромный потенциал в терапии метаболических заболеваний поджелудочной железы, таких как диабет, были запрограммированы в предшественники поджелудочной железы с использованием факторов, имитирующих сигналы развития, необходимые развивающейся энтодерме для формирования функциональной ткани поджелудочной железы. [32] ЭСК выращивают на матригеле, а затем позволяют дифференцироваться в энтодерму и позже определяемые клетки под влиянием bFGF , EGF , BMP4 . [33]
См. также
[ редактировать ]- поджелудочная железа
- Клетки-предшественники
- Диабет
- Терапия стволовыми клетками
- Список типов клеток человека, полученных из зародышевых листков
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ку, HT (2008). «Клетки-предшественники поджелудочной железы — недавние исследования» . Эндокринология . 149 (9): 4312–4316. дои : 10.1210/en.2008-0546 . ПМЦ 2553367 . ПМИД 18535096 .
- ^ Ногучи, Х (2010). «Стволовые клетки/клетки-предшественники поджелудочной железы для лечения диабета» . Преподобный диабетический конюшня . 7 (2): 105–111. дои : 10.1900/RDS.2010.7.105 . ПМЦ 2989783 . ПМИД 21060969 .
- ^ Кабрера, О.; Берман, Д.М.; Кеньон, Северная Каролина; Рикорди, К.; Берггрен, ПО; Кайседо (2006). «Уникальная цитоархитектура островков поджелудочной железы человека влияет на функцию островковых клеток» . ПНАС . 7 (103): 2334–2339. Бибкод : 2006PNAS..103.2334C . дои : 10.1073/pnas.0510790103 . ПМЦ 1413730 . ПМИД 16461897 .
- ^ Бхушан, А.; Ито, Н.; Като, С.; Тьери, JP; Чернихов, П.; Беллуски, С.; Шарфманн, Р. (2001). «Fgf10 необходим для поддержания пролиферативной способности эпителиальных клеток-предшественников во время раннего органогенеза поджелудочной железы» . Разработка . 128 (24): 5109–5117. дои : 10.1242/dev.128.24.5109 . ПМИД 11748146 .
- ^ Уэллс, Дж. М.; Мелтон, Д.А. (1999). «Развитие эндодермы позвоночных». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 15 (1): 393–410. дои : 10.1146/annurev.cellbio.15.1.393 . ПМИД 10611967 .
- ^ Ку, HT (2008). «Клетки-предшественники поджелудочной железы — недавние исследования» . Эндокринология . 149 (9): 4312–4316. дои : 10.1210/en.2008-0546 . ПМЦ 2553367 . ПМИД 18535096 .
- ^ Лайк, А.А., и Орси, Л. (1972). Эмбриогенез островков поджелудочной железы человека: световое и электронно-микроскопическое исследование. Диабет, 21 (Приложение 2), 511–534. http://diabetes.diabetesjournals.org/content/21/Supplement_2/511.abstract
- ^ Апельквист, Е.; Ли, Х.; Соммер, Л.; Беатус, П.; Андерсон, диджей; Хондзё, Т.; Эдлунд, Х. (1999). «Передача сигналов Notch контролирует дифференцировку клеток поджелудочной железы». Природа . 400 (6747): 877–881. Бибкод : 1999Natur.400..877A . дои : 10.1038/23716 . ПМИД 10476967 . S2CID 4338027 .
- ^ Ким, В.; Шин, Ю.К.; Ким, Би Джей; Иган, Дж. М. (2010). «Передача сигналов Notch в эндокринных клетках поджелудочной железы и диабете» . Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 392 (3): 247–251. дои : 10.1016/j.bbrc.2009.12.115 . ПМК 4152840 . ПМИД 20035712 .
- ^ Зарет, КС (2008). «Генетическое программирование предшественников печени и поджелудочной железы: уроки дифференциации стволовых клеток». Обзоры природы Генетика . 9 (5): 329–340. дои : 10.1038/nrg2318 . ПМИД 18398419 . S2CID 8372885 .
- ^ Цзян, FX; Мехта, М.; Морахан, Г. (2010). «Количественная оценка экспрессии гена инсулина во время развития островковых клеток поджелудочной железы» . Поджелудочная железа . 39 (2): 201–208. дои : 10.1097/mpa.0b013e3181bab68f . ПМИД 19812524 . S2CID 12017924 .
- ^ Йоргенсен, MC; Анфельт-Рённе, Дж.; Халд, Дж.; Мэдсен, О.Д.; Серуп, П.; Хекшер-Соренсен, Дж. (2007). «Иллюстрированный обзор раннего развития поджелудочной железы у мышей» . Эндокринные обзоры . 28 (6): 685–705. дои : 10.1210/er.2007-0016 . ПМИД 17881611 .
- ^ Ноден, Д.М.; Трейнор, Пенсильвания (2005). «Отношения и взаимодействия между популяциями краниальной мезодермы и нервного гребня» . Журнал анатомии . 207 (5): 575–601. дои : 10.1111/j.1469-7580.2005.00473.x . ПМЦ 1571569 . ПМИД 16313393 .
- ^ Дженсен, Дж (2004). «Генные регуляторные факторы в развитии поджелудочной железы» . Динамика развития . 229 (1): 176–200. дои : 10.1002/dvdy.10460 . ПМИД 14699589 . S2CID 13470168 .
- ^ Зарет, КС (2008). «Генетическое программирование предшественников печени и поджелудочной железы: уроки дифференциации стволовых клеток». Обзоры природы Генетика . 9 (5): 329–340. дои : 10.1038/nrg2318 . ПМИД 18398419 . S2CID 8372885 .
- ^ Hhex, GeneID: 15242, Mus musculus http://refgene.com/gene/15242
- ^ Кахан, BW; Джейкобсон, LM; Халлетт, Д.А.; Очоада, Дж. М.; Оберли, ТД; Ланг, К.М.; Одорико, Дж. С. (2003). «Предшественники поджелудочной железы и дифференцированные типы островковых клеток из мышиных эмбриональных стволовых клеток: модель in vitro для изучения дифференцировки островков» . Диабет . 52 (8): 2016–2024. doi : 10.2337/диабет.52.8.2016 . ПМИД 12882918 .
- ^ Маркес-Агирре, Алабама; Каналес-Агирре, А.А.; Падилья-Камберос, Э.; Эскивель-Солис, Х.; Диас-Мартинес, Невада (2015). «Развитие эндокринной системы поджелудочной железы и новые стратегии восстановления массы β-клеток и терапии диабета» . Бразильский журнал медицинских и биологических исследований . 48 (9): 765–76. дои : 10.1590/1414-431X20154363 . ПМЦ 4568803 . ПМИД 26176316 .
- ^ Берк, ЗД; Тауфику, С.; Перан, М.; Тош, Д. (2007). «Стволовые клетки поджелудочной железы и печени взрослых» . Биохимический журнал . 404 (2): 169–178. дои : 10.1042/BJ20070167 . ПМЦ 2715288 . ПМИД 17488235 .
- ^ Гу, Г.; Дубаускайте Ю.; Мелтон, Д.А. (2002). «Прямое доказательство происхождения поджелудочной железы: клетки NGN3+ являются предшественниками островков и отличаются от предшественников протоков» . Разработка . 129 (10): 2447–2457. дои : 10.1242/dev.129.10.2447 . ПМИД 11973276 .
- ^ Ли, туалет; Руксталис, Ю.М.; Нисимура, В.; Чипашвили В.; Хабенер, Дж. Ф.; Шарма, А.; Боннер-Вейр, С. (2010). «Активация клеток-предшественников, происходящих из протоков поджелудочной железы, во время регенерации поджелудочной железы у взрослых крыс» . Журнал клеточной науки . 123 (16): 2792–2802. дои : 10.1242/jcs.065268 . ПМЦ 2915881 . ПМИД 20663919 .
- ^ Он, К.Х.; Юл, К.; Карадимос, М.; Эль Хаттаби, И.; Фитцпатрик, К.; Боннер-Вейр, С.; Шарма, А. (2014). «Дифференцировка эндокринных предшественников поджелудочной железы, обратимо блокируемая преждевременной индукцией MafA» . Биология развития . 385 (1): 2–12. дои : 10.1016/j.ydbio.2013.10.024 . ПМЦ 3918466 . ПМИД 24183936 .
- ^ Лин, CL; Вугин, премьер-министр (2012). «Детерминанты развития островков поджелудочной железы у мышей и мужчин: акцент на роли факторов транскрипции» . Гормональные исследования в педиатрии . 77 (4): 205–213. дои : 10.1159/000337219 . ПМИД 22487552 .
- ^ Гаса, Р.; Мрежен, К.; Личман, Н.; Оттен, М.; Барнс, М.; Ван, Дж.; Герман, М. (2004). «Проэндокринные гены координируют программу дифференцировки островков поджелудочной железы in vitro» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (36): 13245–13250. Бибкод : 2004PNAS..10113245G . дои : 10.1073/pnas.0405301101 . ПМК 516555 . ПМИД 15340143 .
- ^ Гуз, Ю.; Монтмини, MR; Штейн, Р.; Леонард, Дж.; Геймер, ЛВ; Райт, резюме; Тейтельман, Г. (1995). «Экспрессия мышиного STF-1, предполагаемого фактора транскрипции гена инсулина, в бета-клетках поджелудочной железы, эпителия двенадцатиперстной кишки и экзокринных и эндокринных предшественниках поджелудочной железы во время онтогенеза» . Разработка . 121 (1): 11–18. дои : 10.1242/dev.121.1.11 . ПМИД 7867492 .
- ^ Шаффер, А.Е.; Тейлор, БЛ; Бентуйсен-младший; Лю, Дж.; Торель, Ф.; Юань, В.; Мэй, CL (2013). «Nkx6.1 контролирует сеть регуляции генов, необходимую для установления и поддержания идентичности бета-клеток поджелудочной железы» . ПЛОС Генет . 9 (1): e1003274. дои : 10.1371/journal.pgen.1003274 . ПМК 3561089 . ПМИД 23382704 .
- ^ Мастраччи, TL; Сассел, Л. (2012). «Эндокринная поджелудочная железа: понимание развития, дифференциации и диабета» . Биология развития . 1 (5): 609–628. дои : 10.1002/wdev.44 . ПМК 3420142 . ПМИД 22905335 .
- ^ Неоптолемос, Дж. П., Уррутиа, Р., Аббруззезе, Дж. Л., и Бюхлер, М. В. (2010). Рак поджелудочной железы. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-0-387-77498-5
- ^ Кляйн, Д.; Альварес-Кубела, С.; Ланцони, Г.; Варгас, Н.; Прабакар, КР; Булина, М.; Домингес-Бендала, Дж. (2015). «BMP-7 индуцирует экзокринно-эндокринную конверсию поджелудочной железы взрослого человека» . Диабет . 64 (12): 4123–4134. дои : 10.2337/db15-0688 . ПМЦ 4657585 . ПМИД 26307584 .
- ^ Домингес-Бендала, Дж.; Ланцони, Г.; Кляйн, Д.; Альварес-Кубела, С.; Пастори, РЛ (2016). «Эндокринная поджелудочная железа человека: новые взгляды на замену и регенерацию». Тенденции в эндокринологии и обмене веществ . 55 (3): 153–162. дои : 10.1016/j.tem.2015.12.003 . ПМИД 26774512 . S2CID 5444047 .
- ^ Зулевски, Х. (2001). «Мультипотентные нестин-положительные стволовые клетки, выделенные из островков поджелудочной железы взрослых, дифференцируют ex vivo на эндокринный, экзокринный и печеночный фенотипы поджелудочной железы» . Диабет . 50 (3): 521–533. дои : 10.2337/диабет.50.3.521 . ПМИД 11246871 .
- ^ Чен, С.; Боровяк, М.; Фокс, Дж. Л.; Маер, Р.; Осафунэ, К.; Давидов, Л.; Мелтон, Д. (2009). «Маленькая молекула, которая направляет дифференцировку ЭСК человека в панкреатическую линию». Химическая биология природы . 5 (4): 258–265. дои : 10.1038/nchembio.154 . ПМИД 19287398 .
- ^ Зарет, КС (2008). «Генетическое программирование предшественников печени и поджелудочной железы: уроки дифференциации стволовых клеток». Обзоры природы Генетика . 9 (5): 329–340. дои : 10.1038/nrg2318 . ПМИД 18398419 . S2CID 8372885 .