Введение

Мезонефрос гонад аорты (AGM) – это область эмбриональной мезодермы, которая развивается в ходе эмбрионального развития из парааортальной спланхноплеуры у эмбрионов цыплят и мышей. Самые первые взрослые дефинитивные гематопоэтические стволовые клетки, способные к долгосрочной мультипотентной репопуляции облученных реципиентов, происходят из вентральной эндотелиальной стенки эмбриональной спинной аорты посредством процесса эндотелиальной трансдифференциации, известный как «эндотелиально-гематопоэтический переход» (EHT). В эмбрионе мыши эти самые первые HSC характеризуются экспрессией Ly6A GFP (Sca1), CD31, cKit, Gata2, Notch1 и BMP, среди прочих. Область мезонефрос гонад аорты (AGM) – это область, происходящая из мезодермы спланхноплеуры, идентифицированная у эмбриона человека, мышей и не млекопитающих позвоночных, таких как птицы и данио рерио. Она содержит спинную аорту, генитальные гребни и мезонефрос и располагается между хордой и соматической мезодермой, простираясь от пупка до передней конечности эмбриона. Область AGM играет важную роль в эмбриональном развитии, являясь первым автономным внутриэмбриональным местом для дефинитивного гематопоэза. Дефинитивный гематопоэз производит гематопоэтические стволовые клетки, обладающие способностью к «самообновлению» при серийной трансплантации в облученных реципиентов и дифференцировке во все клеточные линии крови взрослой гематопоэтической иерархии. В течение определенного периода эмбрионального развития спинная аорта производит гематопоэтические стволовые клетки, которые в конечном итоге колонизируют печень и дают начало всем зрелым линиям крови у взрослого организма. К моменту рождения спинная аорта становится нисходящей аортой, а генитальные гребни формируют половые железы.

Функция

Наиболее значимой функцией области аорты-гонад-мезонефроса является ее роль в дефинитивном гематопоэзе. Дефинитивный гематопоэз – это вторая волна эмбрионального гематопоэза, дающая начало всем гематопоэтическим стволовым клеткам взрослой гематопоэтической системы. Показано, что область аорты-гонад-мезонефроса содержит мультипотентные гематопоэтические клетки-предшественники, формирующие колонии в селезенке (CFU S), и плюрипотентные долгосрочно репопулирующие гематопоэтические стволовые клетки (LTR HSC). В отличие от желточного мешка, внезародышевого гематопоэтического очага, количество CFU S в области аорты-гонад-мезонефроса было значительно больше. Активность LTR HSC также была обнаружена в области аорты-гонад-мезонефроса несколько раньше, чем в желточном мешке и печени плода, что свидетельствует о потенциале дефинитивного гематопоэза в этой области. Более того, изолированные органные культуры AGM из эмбрионов мыши могут автономно инициировать активность гематопоэтических стволовых клеток, без влияния желточного мешка или печени. На 10 день после копуляции (d. p. c.) область аорты-гонад-мезонефроса была способна инициировать и расширять дефинитивную гематопоэтическую активность стволовых клеток, в то время как в желточном мешке гематопоэтическая активность не наблюдалась до 11 д. p. c. Аналогичная картина наблюдается и в человеческих эмбрионах, где они впервые обнаруживаются на 27 день в области аорты-гонад-мезонефроса, быстро расширяются на 35 день, а затем исчезают на 40 день. Это "исчезновение" коррелирует с миграцией этих гематопоэтических стволовых клеток в печень плода, где она становится последующим местом гематопоэза.

Гистология

Дорсальная аорта состоит из эндотелиального слоя и расположенного под ним стромального слоя. Также существует другая популяция клеток, называемая гематогенным эндотелием, которая происходит из эндотелиального слоя и производит гематопоэтические стволовые клетки.

Эндотелиальные клетки

Эндотелиальные клетки выстилают просвет всех кровеносных сосудов одним слоем плоского эндотелия. Эти клетки поддерживают контакт друг с другом посредством плотных соединений. В АГМ эндотелиальные клетки выстилают просвет спинной аорты. Специализированная субпопуляция эндотелиальных клеток, гемогенный эндотелий, обладает способностью дифференцироваться в гематопоэтические стволовые клетки.

Гемогенный эндотел

Были обнаружены гематопоэтические стволовые клетки (ГСК), прочно прикрепленные к вентральному эндотелию спинной аорты. Эти клетки были идентифицированы как происходящие из гематогенного эндотелия – предшественника как гематопоэтических, так и эндотелиальных клеточных линий. Именно здесь ГСК дифференцируются из эндотелиальной выстилки спинной аорты. VE-кадхерин, специфический маркер эндотелиальных клеток, локализуется на просветной стороне эндотелия аорты. Клетки, сгруппированные на стенке спинной аорты, также экспрессировали VE-кадхерин, а также CD34 – общий гематопоэтический и эндотелиальный маркер, и CD45 – маркер, присутствующий на гематопоэтических клетках. При культивировании этих специализированных эндотелиальных клеток in vitro, они генерировали гематопоэтические стволовые клетки с более высокой эффективностью, чем клетки гематопоэтического происхождения. Таким образом, коэкспрессия поверхностных клеточных маркеров обеих линий указывает на то, что гематопоэтические стволовые клетки дифференцируются из эндотелиальных клеток спинной аорты в области AGM. Визуализация в режиме реального времени живых эмбрионов рыбы-зебры позволила наблюдать дифференцировку гематогенного эндотелия в гематопоэтические стволовые клетки. Примерно через 30 часов после оплодотворения, за несколько часов до первого появления dHSC, многие эндотелиальные клетки со дна аорты начинают сокращаться и изгибаться в направлении подаортального пространства, что обычно длится 1–2 часа. Затем эти клетки подвергаются дальнейшему сокращению вдоль медиолатеральной оси, сближая два соседних эндотелиальных элемента и разрывая с ними контакты. Выделившаяся клетка приобретает округлую форму и поддерживает прочные контакты с ростральными и каудальными эндотелиальными клетками для перемещения вдоль оси сосуда. Изображения, полученные с помощью электронного микроскопа, показывают, что эти клетки поддерживают контакты посредством плотных соединений. После разрушения этих контактов клетка, благодаря своей апикобазальной полярности, перемещается в подаортальное пространство и, следовательно, колонизирует другие гематопоэтические органы.

Ранкс1

RUNX1 (также известный как AML1) — это фактор транскрипции, который тесно связан с продукцией и активацией гемогенных эндотелиальных клеток в AGM. Исследования на животных с нокаутом по гену RUNX1 показали полное отсутствие дефинитивной гематопоэтической активности во всех тканях плода до эмбриональной летальности на E12. Нокаут RUNX1 также вызывает морфологические изменения в AGM, характеризующиеся избыточной плотностью мезенхимальных клеток. Поскольку мезенхимальные клетки дифференцируются в эндотелиальные клетки, отсутствие RUNX1 может нарушать способность мезенхимальных клеток дифференцироваться в гемогенные эндотелиальные клетки. Это объясняет увеличение количества мезенхимальных клеток и явный недостаток клеток, положительных по другим гематопоэтическим маркерам. Runx1 также был вовлечен в активацию гемогенного эндотелия. Использование условных нокаутов показало, что удаление экспрессии Runx1 в гемогенных эндотелиальных клетках AGM предотвращает продукцию HSC. Те же эксперименты также продемонстрировали, что после образования HSC Runx1 больше не требуется, и активность HSC не отличается от таковой в контрольной группе. Кроме того, клетки AGM из нокаутов по Runx1, подвергнутые ретровирусной трансфекции in vitro для сверхэкспрессии Runx1, были спасены и смогли произвести дефинитивные гематопоэтические клетки. Это указывает на то, что Runx1 играет критическую роль в сигнальном пути активации гемогенных клеток и их продукции из мезенхимальных клеток.

Окись азота

Также было показано, что сигнализация оксида азота играет роль в продукции и активации гемогенных эндотелиальных клеток, возможно, посредством регуляции экспрессии Runx1. Сдвиговое напряжение, создаваемое кровотоком, активирует механорецепторы в кровеносных сосудах для выработки NO, что делает продукцию NO зависимой от кровообращения. Это наблюдается у мышей с нокаутом по гену Ncx1, где отсутствие развития сердцебиения и, как следствие, кровообращения приводит к снижению экспрессии Runx1 и отсутствию гематопоэтической активности в области аорто-гонадо-мезонефральной (AGM). При обеспечении мышей с нокаутом по гену Ncx1 внешним источником NO гематопоэтическая активность в AGM возвращается к уровням, близким к дикому типу. Это указывает на то, что сигнализация NO является ключевым фактором, контролирующим гематопоэз, а не просто наличие кровообращения. Однако каскад сигналов, связывающий NO с экспрессией Runx1, еще предстоит выяснить. Сигнализация NO также показала способность контролировать подвижность эндотелиальных клеток, регулируя экспрессию клеточных адгезионных молекул ICAM-1. Это позволяет предположить, что она участвует в формировании гемогенных эндотелиальных клеток, выходящих в кровоток. Поскольку Runx1 также критически важен для активации гемогенных эндотелиальных клеток, возможно, что NO регулирует оба этих последующих эффекта.

Сигнализация на выемке

Notch1 — это еще один белок, который оказался вовлечен в сигнальный путь, регулирующий продукцию гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Нокауты по Notch1 демонстрируют нормальный гематопоэз в желточном мешке, но не способны продуцировать ГСК в области аорты-гонады-мезонефра (AGM). Показано, что снижение экспрессии Notch1 также влияет на экспрессию Runx1, приводя к его подавлению. Дальнейшие эксперименты, в которых Notch1 сверхэкспрессируется, показали образование крупных скоплений окончательных гематопоэтических клеток в эндотелии AGM. Поскольку экспрессия Runx1 пропорциональна продукции гематопоэтических клеток, эти результаты позволяют предположить, что Notch1 также участвует в регуляции Runx1.