Системы восстановления клеток

Хемостат и его гомеостатические модификации дают простую модель некоторых типов физиологических процессов управления, работающих на уровне клеточных популяций. В предыдущей главе я рассмотрел возможную теорию гомеостаза эпидермиса, включающую и временную, и пространственную упорядоченность, обусловленную тем, что вдоль толщи ткани поддерживался градиент эпидермального кейлона. Существуют данные о том, что кейлоны участвуют также и в регуляции скорости образования циркулирующих в крови клеточных популяций, таких, как гранулоциты (Rytomaa, Kivinieni, 1968), лейкоциты (Garcia-Giralt et al., 1970) и эритроциты (Kivilaakso, Rytomaa, 1971). Рассмотрим, как с помощью основных принципов управления можно объяснить регуляцию клеточной плотности в этих циркулирующих популяциях, и проведем сравнение с работой хемостата.

Первый момент, который необходимо рассмотреть, состоит в следующем. Поскольку в крови существуют различные типы клеток и каждый тип может регулироваться независимо от других, то на каждую популяцию должно действовать свое специфическое средство управления. Теоретически это может осуществляться за счет наличия раздельных отсеков для роста стволовых клеток каждого типа; тогда скорость роста внутри каждого отсека можно было бы регулировать, изменяя поступления общего питательного вещества, например глюкозы, так же как в хемостате. Однако различные типы кроветворных клеток совместно функционируют в одних и тех же органах, таких, как печень, селезенка и костный мозг. В тканях этих органов существует, конечно, гистологическая гетерогенность, отражающая частичное пространственное разделение различных типов предшественников или стволовых клеток, потомство которых дифференцируется в зрелые типы клеток, но данные о существовании раздельных систем циркуляции для этих различных клеток отсутствуют. Таким образом, управление осуществляется с помощью специфических сигналов, а не поступлением питательных веществ, как это происходит в хемостате. На самом деле организм может управлять доставкой питательных веществ к любой ткани, регулируя кровоток, поэтому клапан, аналогичный действующему в хемостате, все же существует. Однако при этом

нельзя получить тонкой дискриминации в управлении, необходимой в том случае, если популяция клеток внутри камеры роста гетерогенна.

Такая дискриминация может возникнуть в том случае, если дифференцированные клетки выделяют белок, например кейлон или другое вещество, которое специфически подавляет рост их клеток-предшественников, как это показано Бэйтеменом (Bateman, 1974) и Бэйтеменом и Гудвином (Bateman, Goodwin, 1976) для лейкоцитов крови и эритроцитов в культурах костного мозга. Эти ингибиторы можно рассматривать как сигнал обратной связи от циркулирующей крови (аналогом которой на рис. 4.1 является сосуд 3) в кроветворные органы, содержащие различные типы клеток-предшественников (сосуд 2).

Скорости роста клеток-предшественников в сосуде 2 будут тогда функциями физиологического уровня клеток в сосуде 3 (этот уровень может измеряться с помощью концентрации соответствующего кейлона) и других специфических сигналов, которые влияют на скорость роста. Например, в случае предшественника эритроцита важную роль в стимуляции скорости деления в условиях, когда имеется физиологическая потребность в большей кислородной емкости крови, играет гормон эритропоэтин, и действие отрицательной обратной связи с помощью постулированного эритроцитарного кейлона дополняет действие этого гормона аналогично тому, как лактоза и катаболитный репрессор совместно регулируют активность lac-оперона. Совершенно ясно, что для того, чтобы получить модель поведения гемопоэтической и других систем восстановления клеток, нужно сильно модифицировать простые принципы работы хемостата. Гибкие и многосторонние подходы к такому моделированию можно найти в исследованиях Корна и др. (Korn et al., 1973) и Протеро и Тайлера (Prothero, Tyler, 1975). Мы остановимся теперь на другом, очень важном и интересном аспекте поведения клеточной популяции — явлении синхронизации клеток.