Исследователи из NYU Langone Health отключили ген HOXA10 у шестидневных мышат и наблюдали за костями 15 месяцев. За это время исчезло 90% стволовых клеток и их потомков, которые должны были сохраниться. Результаты опубликованы 4 ноября в журнале Science Advances.

Костная ткань держит под рукой запас незрелых клеток. Они либо делятся и пополняют собственный пул, либо превращаются в остеобласты, строителей новой кости. После созревания клетки обычно уже не возвращаются в исходное состояние, поэтому резерв ограничен. HOXA10 работает тормозом: не даёт клеткам слишком рано уходить в строители и бережёт запас до момента, когда случится перелом.

Что происходит после перелома без HOXA10

Мыши с отключённым геном хуже восстанавливались после перелома. В костной мозоли, временном мостике между обломками кости, доля стволовых предшественников составила 48% против 76% у контрольных животных. Нарушился и порядок укладки коллагена. Этот белок образует ранний каркас, на который позже ложится кальций. Чтобы новая кость окрепла, волокна должны лечь ровными рядами, а у мышей без HOXA10 они спутывались в беспорядочную сетку.

Стволовые клетки с работающим HOXA10 пометили зелёным флуоресцентным белком. Они чаще других образовывали колонии в надкостнице, оболочке на поверхности большинства костей. Способность одной клетки дать целую колонию считается стандартным показателем самообновления.

Исследователи также взяли биопсии кости у пациентов и одновременно подавили три родственных HOX-гена. Человеческие клетки отреагировали сильнее мышиных: число стволовых клеток упало заметнее, а программируемая гибель клеток выросла на 50%. Это намёк на то, что человеческие клетки зависят от HOX-генов ещё больше, но проверять это предстоит отдельно.

Представим склад запчастей, где кладовщик не выдаёт деталь на сборку, пока не поступит срочный заказ. HOXA10 в этой картине и есть кладовщик. Если его убрать, работники разбирают запас на текущие нужды, а когда приходит аварийный вызов, полки пустые. Это условная аналогия: она объясняет механизм, но не описывает все сигналы, которые получают клетки при настоящем переломе.

В более ранней работе та же группа показала, что у старых мышей повышение активности Hoxa10 в большеберцовой кости восстановило способность к сращению перелома на 32,5%. Усиление активности HOX-генов в более зрелых предшественниках увеличивало число клеток с примитивным стволовым состоянием в три раза. Новые данные укрепляют эту линию, однако эксперименты на мышах и клетках человека не означают, что вмешательство в HOXA10 уже можно безопасно применять как лечение.

Ответственным автором исследования был Филипп Лойхт, ассоциированный профессор ортопедической хирургии в NYU Grossman School of Medicine. Первый автор — Кевин Леклерк. Исследование дополняет представления о том, как кость сохраняет способность к восстановлению, но путь от гена до клинической терапии ещё длинный. Если тема клеточной регенерации нужна для учебной работы, стоит уточнить требования к обзору литературы или написанию научной статьи.

Схема показывает, что ген HOXA10 удерживает скелетные стволовые клетки в незрелом состоянии, поддерживает их самообновление и помогает уложить коллаген после перелома.

Фото: diegartenprofis / Pixabay