Поте́нтность кле́ток (дифференцировочный потенциал; от — «сила», «возможность») — способность клетки реализовывать определённые направления дифференцировки и образовывать специализированные типы клеток.
Потентность характеризует число и типы клеточных состояний, которые клетка способна приобретать в процессе дифференцировки.
В ходе развития организма потентность клеток обычно постепенно ограничивается: от состояний с широкими возможностями формирования различных клеточных типов к специализированным клеткам тканей. При этом потентность рассматривается не как набор строго разделённых состояний, а как непрерывный спектр возможностей клетки, для описания которого используют несколько условных категорий.
Классификация клеточной потентности
Традиционно выделяют несколько уровней клеточной потентности, расположенных от наиболее широкого к наиболее ограниченному потенциалу дифференцировки.
Тотипотентность
Тотипотентность (от — «весь», «целый») — наивысший уровень клеточной потентности. Способность клетки образовывать все типы клеток организма, включая клетки внезародышевых структур.
Примером является зигота — оплодотворённая яйцеклетка. К тотипотентным также относят бластомеры ранних стадий дробления эмбриона до формирования бластоцисты.
Плюрипотентность
Плюрипотентность (от — «множественный») — способность клетки образовывать производные всех трёх первичных зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и энтодермы.
Плюрипотентные клетки способны давать начало практически всем типам клеток тела, однако не могут самостоятельно сформировать внезародышевые ткани, такие как плацента.
К плюрипотентным относятся эмбриональные стволовые клетки внутренней клеточной массы бластоцисты, а также индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные путём перепрограммирования соматических клеток.
Мультипотентность
Мультипотентность (от — «многочисленный») — способность клетки образовывать несколько типов специализированных клеток в пределах определённой тканевой линии или системы органов.
Мультипотентные клетки являются основой обновления и регенерации многих тканей. Например, гемопоэтические стволовые клетки костного мозга дают начало различным клеткам крови и иммунной системы, но не способны образовывать клетки всех тканей организма.
Другим примером являются мезенхимальные стромальные клетки, обладающие потенциалом дифференцировки в несколько мезодермальных направлений.
Олигопотентность
Олигопотентность (от — «малый», «немногочисленный») — ограниченный потенциал дифференцировки, при котором клетка способна образовывать несколько близкородственных типов специализированных клеток.
Примером могут служить некоторые коммитированные предшественники кроветворения, сохраняющие способность к развитию только в пределах нескольких клеточных линий.
Унипотентность
Унипотентность(от — «один») — способность клетки образовывать только один тип специализированных клеток при сохранении способности к самообновлению.
Унипотентные клетки сохраняют способность к самообновлению, но ограничены одним направлением дифференцировки. Примером могут служить некоторые тканевые предшественники, поддерживающие обновление определённого типа клеток.
Потентность и дифференцировка клеток
Дифференцировка клеток представляет собой процесс приобретения клеткой специализированных структурных и функциональных свойств. В ходе развития изменение активности генов, эпигенетические перестройки и сигналы клеточного окружения приводят к постепенному ограничению возможных направлений развития клетки.
Снижение потентности связано с закреплением клеточной судьбы, однако оно не всегда является абсолютно необратимым. Эксперименты по ядерному переносу и клеточному перепрограммированию показали возможность возвращения специализированных клеток в более ранние состояния развития.
Регуляция клеточной потентности
Состояние потентности клеток определяется взаимодействием генетических программ, эпигенетических механизмов и сигналов клеточного микроокружения.
Поддержание плюрипотентного состояния связано с активностью ряда факторов транскрипции, включая OCT4, SOX2 и NANOG. Изменение эпигенетического состояния хроматина может приводить к расширению или ограничению доступных программ дифференцировки.
Перепрограммирование и пластичность потентности
Долгое время развитие клеток рассматривалось преимущественно как необратимое движение от менее специализированных состояний к более специализированным. Однако исследования ядерного переноса и работы по созданию ИПСК показали, что состояние потентности может изменяться. В 2006 году Синъя Яманака и коллеги показали возможность получения плюрипотентных клеток из взрослых соматических клеток с помощью введения определённых факторов транскрипции. Это открытие продемонстрировало пластичность клеточной идентичности и обратимость некоторых процессов дифференцировки.
Значение исследования потентности
Изучение клеточной потентности имеет значение для понимания механизмов эмбрионального развития, обновления тканей и регенерации.
Исследования клеточной потентности также лежат в основе разработки методов направленной дифференцировки клеток и клеточных технологий.
См. также
Стволовые клетки Дифференцировка клеток Тотипотентность Плюрипотентность Мультипотентность Олигопотентность Унипотентность Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
Примечания
Литература
Alberts B., Johnson A., Lewis J., Morgan D., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. — New York: Garland Science, 2014. — ISBN 978-0-8153-4432-2.
Gilbert S. F., Barresi M. J. F. Developmental Biology. 11th ed. — Sunderland (MA): Sinauer Associates, 2016. — ISBN 978-1-60535-470-5.
Lodish H., Berk A., Kaiser C. A., Krieger M., Bretscher A., Ploegh H., Amon A., Martin K. Molecular Cell Biology. 8th ed. — New York: W. H. Freeman, 2016. — ISBN 978-1-4641-8339-3.
Пальцев М. А. (ред.). Биология стволовых клеток и клеточные технологии: учебник для студентов медицинских вузов: в 2 т. — М.: Медицина; Шико, 2009. — ISBN 5-225-03376-8 (т. 1); ISBN 5-225-03377-6 (т. 2).
Воротеляк Е. А., Васильев А. В., Терских В. В. Проблема дефиниции стволовой клетки // Цитология. — 2019. — Т. 61, № 1. — С. 3–15. — DOI: 10.1134/S0041377119010073.
Schöler H. R. Stem Cell Potency: An Inventory // Human Biotechnology as Social Challenge / ed. by M. Knöpfler, D. Schipanski, S. L. Sorgner. — Aldershot: Ashgate Publishing, 2007. — P. 28–37. — ISBN 978-0-7546-5755-2.
Mitalipov S., Wolf D. Totipotency, Pluripotency and Nuclear Reprogramming // Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. — 2009. — Vol. 114. — P. 185–199. — DOI: 10.1007/10_2008_45.
Morrison S. J., Spradling A. C. Stem Cells and Niches: Mechanisms That Promote Stem Cell Maintenance throughout Life // Cell. — 2008. — Vol. 132, No. 4. — P. 598–611. — DOI: 10.1016/j.cell.2008.01.038.
Takahashi K., Yamanaka S. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors // Cell. — 2006. — Vol. 126, No. 4. — P. 663–676. — DOI: 10.1016/j.cell.2006.07.024.
Gurdon J. B., Wilmut I. Nuclear Transfer to Eggs and Oocytes // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. — 2011. — Vol. 3, No. 6. — DOI: 10.1101/cshperspect.a002659.
Dominici M., Le Blanc K., Mueller I. et al. Minimal Criteria for Defining Multipotent Mesenchymal Stromal Cells: The International Society for Cellular Therapy Position Statement // Cytotherapy. — 2006. — Vol. 8, No. 4. — P. 315–317. — DOI: 10.1080/14653240600855905.
Singh V. K., Saini A., Kalsan M., Kumar N., Chandra R. Description of Stemness and Different Methods for Assessment of Pluripotency // Frontiers in Cell and Developmental Biology. — 2016. — Vol. 4. — Article 134. — DOI: 10.3389/fcell.2016.00134.
Du P., Wu J. Hallmarks of Totipotent and Pluripotent Stem Cell States // Cell Stem Cell. — 2024. — Vol. 31. — DOI: 10.1016/j.stem.2024.01.009.
Категория:Клеточная биология Категория:Биология развития Категория:Стволовые клетки