Неспецифические факторы дифференцировки стволовых клеток
Несмотря на известность процессов дифференцировки в эмбриональных стволовых клетках, молекулярные основы тератогенных/морфогенных эффектов ретиноевой кислоты мало изучены. Считается, что ее плейотропное влияние определяется комбинацией рецептора ретиноевой кислоты и рецептора ретиноида X, проявляющейся в дифференцирующихся клетках.
На основе проявления ретиноевой кислоты в сигнальных зонах эмбриона на раннем этапе развития и его способности образовывать ткани в градиенте ретиноевой кислоты можно предположить, что градиенты ретиноевой кислоты, присутствующие на ранних этапах развития эмбриона, могут контролировать проявление гена во время морфогенеза. Так, было показано, что концентрация ретиноевой кислоты в лабораторных условиях определяет, какие типы клеток дифференцируются из клеток эмбриональной карциномы: при более высокой концентрации (10-7 М) образуются клетки нервной ткани, а при низких концентрациях (10-9 М) стимулируется дифференциация в сердечную мышцу.
В эмбрионах ретиноевая кислота вызывает скелетные дупликации и дефекты. Недавно было доказано, что расположенные ближе к 3’-концу НОХ-гены (многие из которых содержат элементы, реагирующие на ретиноевую кислоту) активируются при более низких ее концентрациях по сравнению с таковыми, которые расположены ближе к 5′-концу.
Изучая дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в ответ на ретиноевую кислоту, Rohwedel et al. (1999) показали, что типы клеток, получаемые из клеток массы эмбриональных телец, определяют и концентрация, и стадия дифференцировки. Раннее воздействие (1- 2 дня) вызывало образование нейронов и угнетало образование кардиомиоцитов, воздействие на 2-5-й дни способствовало образованию клетки скелетной мускулатуры, нейроны и адипоциты, а через 5 дней — клетки сердечной мышцы и гладко-мышечные сосудистые клетки.
Эти результаты согласуются с наблюдениями Fraichard et al. (1995), которые получали нейроны после воздействия на 1-2-й день формирования эмбриональных телец. По наблюдениям van Inzen et al. (1996), воздействия ретиноевой кислоты на стволовые эмбриональные клетки без агрегации достаточно для того, чтобы вызывать экспрессию маркеров нейронов, протонейрофибрилл и GAP-43.
Однако для получения нейронов наиболее широко используются стволовые эмбриональные клетки из 4-дневной агрегации без стимулирования с последующим культивированием 4 дня в суспензии в присутствии ретиноевой кислоты и последующим посевом на чашки Петри. Нейроны также формируются из эмбриональных стволовых клеток человека при 10-дневном воздействии ретиноевой кислоты.
Диметилсульфоксид (ДМСО) Также использовали для стимуляции дифференцировки эмбриональные стволовые клетки. Так, добавление 0, 1% ДМСО к культурам эмбриональных телец усиливало дифференцировку в клетки скелетной мускулатуры. По данным Lako et al. (2000), воздействие 1 % ДМСО на эмбриональные тельца существенно усиливало коммитирование эмбриональные стволовые клетки по пути кроветворного ростка (80% эмбриональных телец при воздействии ДМСО содержали очаги кроветворения, тогда как в контрольной группе их было 42 % Ретиноевой кислоты (10-8 М), нейронов снижала коммитирование до 18%.
Ретиноевую кислоту и ДМСО чаще всего используют для стимулирования эмбриональных стволовых клеток. Хотя и 5-азацитидин, который деметилирует островки CpG и активирует экспрессию генов, используется для активации дифференцировки других клеточных линий, например, фибробластов.