Изолированные из ранней бластоцисты эмбриональные стволовые клетки захватывают короткий момент плюрипотентности в развивающемся эмбрионе, о чем свидетельствует их дифференцировка во многие типы соматических клеток in vitro. Хотя эти свойства помогают удовлетворить спрос на “запасные части" для замещения больных или изношенных тканей, их использование в так называемой терапии клеточной замены ставит несколько проблем, не последней из которых является их последующее отторжение. Эмбриональные стволовые клетки могут порождать клеточные типы, необходимые для лечения болезни, в то же время они являются источником гемопоэтических стволовых клеток или терминально дифференцированных дендритных клеток, которые могут содействовать индукции трансплантационной толерантности к замещающим тканям /17/.
Трансплантация стволовых клеток при аутоиммунной болезни отягощена отсутствием определенных клинических данных, способных подтвердить ее пользу. Этот недостаток усугубляется по мере того, как растет стимул ввести и оценить ценность дополнительных технологий, направленных на увеличение безопасности и эффективности процедуры. Развитие эффективного суррогатного анализа для предсказания исхода путем измерения возродившихся аутоиммунных клонов или путем применения основанных на геномике или протеомике технологий для определения ранних рецидивов болезни может иметь ценность для определения преимуществ этих модификаций без необходимости проводить полномасштабные, длительные, рандомизированные исследования. Введение более безопасных аллогенных трансплантационных технологий может увеличить эффективность процедуры, в то время, как работа над пластичностью стволовых клеток костного мозга и/ или интеграции предполагает, что трансплантация стволовых клеток может служить не только для остановки аутоиммунного процесса, но также поставлять клетки, способные заживлять или регенерировать больные органы. Введение терапевтических трансгенов в трансплантируемые клетки может увеличить эффективность трансплантации стволовых клеток, хотя регуляторные сложности испытаний генной терапии, возможно, затормозят этот процесс. Все эти инновации обеспечат большие изменения в практике и целях трансплантации стволовых клеток для лечения аутоиммунных заболеваний в следующем десятилетии /7/.
Lewis X антиген (Le (X)) является маркером стволовых эмбриональных клеток, эмбриональных клеток карциномы, мультипотентных клеток раннего эмбриона у мышей. Le (X) расположен на разветвленных, высокого молекулярного веса поли-N-ацетиллактозаминах (эмбриогликанах). В то время, как эмбриогликан присутствует в человеческих эмбриональных клетках карциномы, он не экспрессируется в человеческих эмбриональных стволовых клетках или клетках внутренней массы. Вместо этого эти клетки экспрессируют SSEA-3 и SSEA-4, оба из которых находятся на гликолипидах. Le (X) является маркером изначальных зародышевых клеток или мультипотентных стволовых клеток, полученных из изначальных зародышевых клеток у мыши и человека. У других видов позвоночных Le (X) широко экспрессируется в ранних эмбриональных клетках и изначальных зародышевых клетках, но способ экспрессии не является полностью одинаковым среди различных видов. Le (X) экспрессируется в невральных стволовых клетках у человека и мышей. Гемопоэтические стволовые клетки не экспрессируют эти углеводные маркеры. Маркером этих клеток является CD34, связанный с мембраной сиаломуцин. Другой сиаломуцин, CD164 (MGC-24v), экспрессируется гемопоэтическими прогениторными клетками. В качестве функции для Le (X) в стволовых клетках предложено способствование действию интегрина, что основано на анализе гликопротеинов маркера, экспериментов по трансфекции сДНК и ингибиторных эффектах анти - Le (X) антител. Наиболее вероятно, что Le (X) антиген, также как поли-N-ацетиллактозамины участвует во взаимодействиях на той же самой мембране. С другой стороны О-связанные олигосахариды CD34 и CD164, вероятно, участвуют в регуляции клеточной адгезии и пролиферации через межклеточное узнавание /40/.
Таким образом, иммунология стволовых клеток является важным разделом биологии стволовых клеток. Особый интерес здесь вызывают иммунологические реакции, вызываемые введением аллогенного трансплантанта стволовых клеток, и определение антигенных маркеров различных типов стволовых клеток.
Биология стволовых клеток было в последнее время качественно изменилась. Дифференциация стволовых клеток (гемопоэтических и негемопоэтических) рассматривалась иерархичной по природе, но последние данные заставляют предположить, что не существует иерархии клетка-прогенитор/стволовая клетка, но скорее обратимый континуум. Фенотип стволовых клеток (гемопоэтический и негемопоэтический), общая способность к дифференцировке (гемопоэтической и негемопоэтической), экспрессия генов, так же, как другие функциональные характеристики (хоуминг, экспрессия рецепторов и молекул адгезии) варьируют в течение клеточного цикла весьма широко. Это представляется зависимым от изменений в хроматине и экспресии генов по мере прохождения клеточного цикла. Опубликованные данные по ДНК метилированию, ацетилированию гистонов и также и РНК, главных регуляторов активности генов, сочетаются очень хорошо и дают объяснение этих главных событий биологии стволовых клеток. Эти черты стволовых клеток, упомянутые выше, довольно трудно понять с точки зрения классической иерархической биологии, но они становятся понятными, когда проводится корреляция с лежащими в их основе эпигенетическими изменениями. Происходит вступление в новую эру биологии стволовых клеток - эру “хроматиномики” /11/.
Таким образом, основные события в биологии стволовых клеток связаны с изменениями в хроматине. Возникла новая наука - хроматиномика.
Гематопоэтичесие стволовые клети самообновляются в течение всей жизни, но нет точного понимания молекулярных механизмов этого процесса и его регуляции. На основании исследований об оверэкспрессии и нокаута, были описаны гены, влияющие на самообновление стволовых клеток, включая транскрипционные факторы, регуляторы клеточного цикла и гены, влияющие на структуру хромосом. Представлена модель, в которой эти отдельные классы молекулярных регуляторов интегрированы. Она сфокусирована на роли G1/S последовательности в развитии переключений по направлению самовозобновления стволовых клеток против дифференцировки. Экспериментальное изучение этой модели и других родственных гипотез может повести к более полному описанию самовозобновления гемопоэтических клеток и его регуляции, как в нормальных физиологических процессах, так и при прикладных терапиях /56/.
Способность к поддержанию и самовосстановлению - генерации дочерних клеток, имеющих такие же регенеративные свойства, как и родительские клетки - является определяющей чертой гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Существует убедительные доказательства того, что самообновление находится под внешним биологическим контролем in vivo. Разнообразные цитокины, морфогенетические лиганды и ассоциированные сигнальные компоненты влияют на самообновление в культуре и in vivo. Специфические транскрипционные факторы действуют, как сильные внешние агонисты самообновления ГСК in vitro и in vivo, когда на них действуют либо трансдуцированные ДНК, либо введенные извне белки. Эти открытия углубляют знание механизмов и пригодны для расширения достижений клинически полезных уровней ГСК /49/.
Все зрелые клетки крови происходят из небольшой популяции самообновлящихся плюрипотентных гемопоэтических стволовых клеток. Способность к самообновлению характеризует все стволовые клетки, как нормальные, так и неопластические. Интересно, что согласно новейшим исследованиям самообновления важно для поддержания существования опухолевых клеток, что предполагает значение этого процесса для терапии. К сожалению, молекулярные основы самообновления у клеток позвоночных пока еще слабо определены /31/.
Таким образом, существуют гены, влияющие на самообновление стволовых клеток, включая транскрипционные факторы, регуляторы клеточного цикла и гены, влияющие на структуру хромосом. Разнообразные цитокины, морфогенетические лиганды и ассоциированные сигнальные компоненты влияют на самообновление в культуре и in vivo
Относительный состав оснований ДНК регуляторных последовательностей недетерминированных полипотентных родоначальных клеток может иметь значение для частоты транскрипции этих генов при клеточной дифференцировке. Последовательности этих регуляторных областей генов клеточной детерминации, которые обогащены А-Т, создают потенциал для транскрипции из-за их более низко температуры плавления и склонности к связыванию. Одна или несколько групп высокой мобильности хроматиновых белков преимущественно связываются с богатыми АТ регуляторными последовательностями, что приводит к увеличению уровня транскрипции. Нефосфорилированные гистоны, реагирующие с теми же регуляторными сайтами, могут увеличивать частоту транскрипции. Уровень клеточного роста, т.е. суммарный белковый синтез клетки позитивно коррелирует с синтезом белков хроматина высокой мобильности. Синтез гистонов H1 связан с репликацией ДНК. Несбалнсированный рост изменяет количество белков высокой мобильности и H1 гистонов, таким образом, изменяя уровень транскрипции. Чем больше обогащение АТ последовательностями регуляторных областей генов клеточной детерминации, тем в большей степени АТ - обогащенные регуляторные последовательности ответственны за раннюю экспрессию генов клеточной детерминации в течение эмбрионального развития. Преимущественное связывание H1 гистонов с более АТ - обогащенными регуляторными последовательностями ограничивает их транскрипцию по сравнению с генами клеточной детерминации /20/.