Spiaca krása pre krvné kmeňové bunky - prečo musí vitamín A brániť ich prebudeniu
Krvné kmeňové bunky: vzácne bunky v kostnej dreni
Naša krv funguje každý deň najlepšie: treba bojovať proti chorobám, eliminovať choré bunky, zastaviť krvácanie a zásobovať orgány živinami. U dospelého človeka prúdi asi 300 biliónov krviniek. Zároveň každú sekundu zahynú viac ako 2 milióny krviniek, niekoľko miliárd denne. Ako potom môže zostať krvný systém plne funkčný? Tvorbu krvi zaisťuje takzvaná krvotvorba, proces, ktorý prebieha v červenej kostnej dreni. Ústrednými aktérmi sú krvné kmeňové bunky, ktoré sa tiež nazývajú krvotvorné kmeňové bunky (HSC). Predstavujú mimoriadne vzácnu bunkovú populáciu.
Obr. 1: Hematopoéza ako hierarchický proces. Kmeňové bunky tvoriace krv (HSC) sú na vrchole krvného systému a sú v nečinnom stave. Môžu sa aktivovať rôznymi stresovými stimulmi, ako sú infekcie, a keď sa rozdelia, vytvárajú takzvané prekurzorové bunky. Tie zase produkujú zrelé krvinky, aby vyvolali rýchlu imunitnú odpoveď. Na to, aby sa HSC vrátili do pokojového stavu a udržali si tak svoju funkčnosť, potrebujú biochemické signály, ako je napríklad vitamín A.
Už nejaký čas je známe, že populácia kmeňových buniek v myšej kostnej dreni pozostáva z dvoch samostatných populácií: spiacich HSC (rHSZ), ktoré sa delia iba päťkrát za život, a aktívnych HSC (aHSZ), ktoré sa delia asi raz mesačne. Populácia aHSZ a progenitorové bunky, ktoré z nej vyplývajú, sú nevyhnutné pre väčšinu z dlhodobého potenciálu sebaobnovy. Za normálnych podmienok zabezpečujú tvorbu presného počtu všetkých typov krvných buniek. Na druhej strane rHSZ sa za týchto podmienok nedelia: tvoria tichý rezervoár. Počas fázy odpočinku spotrebujú veľmi málo energie. Takýto stav nízkej biosyntetickej aktivity zachováva funkciu HSZ a chráni ju pred zmenami v genóme. Avšak rHSZ sa môžu aktivovať v stresových situáciách, ako sú zápaly, infekcie a strata krvi alebo počas chemoterapie. Bunky takto prebudené z ich spánku sa teraz nazývajú aHSZ a začínajú sa deliť a rozlišovať, aby vytvorili nové krvinky alebo opravili poškodené tkanivo (Obr).
Vnútorné signálne dráhy buniek vedú k hlbokému spánku spiacich kmeňových buniek
Ak sa však HSC aktivujú príliš často, môže to poškodiť ich DNA a spôsobiť leukémiu. Degenerované HSC sa nazývajú rakovinové kmeňové bunky. Takáto degenerácia je smrteľná, pretože nečinné bunky sú rezistentné voči chemoterapeutickým látkam, a preto proti nim nemožno bojovať konvenčnými metódami. Aby sa zaistilo, že rHSZ budú mať čo najviac spánku, nedegenerujú sa a tým si zachovajú svoje cenné funkcie, bunkové signálne dráhy a rozpustné zložky kostnej drene zabezpečujú, aby sa HSC udržali v pokojovom stave za normálnych podmienok alebo aby sa k nim mohli po stresovej situácii vrátiť. Na rozdiel od faktorov, ktoré spôsobujú koniec vegetačného pokoja, je známe len veľmi málo mechanizmov, ktoré udržujú HSC v ich hlbokom spánku. Cieľom nášho výskumu je preto lepšie pochopiť tieto mechanizmy.
Vitamín A pomáha udržiavať odpočinok
Nedostatok vitamínu A v súčasnosti postihuje najmä malé deti v rozvojových krajinách a vedie k slepote a oslabeniu imunitného systému. Dôsledkom je, že infekčné choroby, ktoré za normálnych podmienok vykazujú nenápadný priebeh, sa môžu stať pre postihnuté deti rizikom smrti. Toto oslabenie imunitného systému je často nezvratné; dokonca aj po podaní vitamínu A sa uzdraví iba 20% detí. Dôvod nie je známy. Náš výskum myšieho systému naznačuje, že by to mohlo byť pravdepodobne spôsobené stratou kmeňových buniek.
Akú rolu hrá strava?
Naše výsledky pripravujú cestu na zodpovedanie predtým nevyriešených otázok: Ako presne reguluje vitamín A hlboký spánok HSZ? Môžeme modulovať pokojový stav našich kmeňových buniek zmenou stravovacích návykov [3]? A hrá pravdepodobne obsah vitamínu A v krvi úlohu aj v rakovinových kmeňových bunkách? V budúcnosti chceme podrobnejšie preskúmať účinky rôznych stravovacích návykov na stav aktivity HSC a pochopiť základné molekulárne regulačné mechanizmy. Naším prvoradým cieľom je urobiť tieto poznatky užitočné v kontexte boja proti ľudským chorobám.