Исследователи из Калифорнийского университета в Медицинской школе Сан-Диего сообщают, что белок, называемый бета-катенином, играет важную и ранее недооцененную роль в ускорении восстановления пораженных гемопоэтических стволовых клеток после воздействия радиации.
Результаты, опубликованные в выпуске журнала Genes and Development от 1 мая, дают новое понимание того, как радиация влияет на клеточные и молекулярные процессы, но, что, возможно, более важно, они предлагают новые возможности для улучшения регенерации гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге после лучевой терапии рака.
Воздействие ионизирующего излучения – случайное или преднамеренное – может быть фатальным из-за повсеместного разрушения гемопоэтических стволовых клеток, клеток костного мозга, которые дают начало всем клеткам крови. Ряд методов лечения рака включает облучение злокачественных новообразований, по сути, уничтожение всех обнаженных клеток крови с последующей трансплантацией замещающих стволовых клеток для восстановления запасов крови. Эффективность этих методов лечения зависит от того, насколько хорошо замещающие кроветворные стволовые клетки выполняют свою работу.
В своей новой статье главный исследователь Танништа Рейя, доктор философии, профессор кафедры фармакологии, и ее коллеги использовали модели мышей, чтобы показать, что радиационное воздействие запускает активацию фундаментального клеточного сигнального пути, называемого Wnt, в гемопоэтических стволовых и клетках-предшественниках.
"Путь Wnt и его ключевой медиатор, бета-катенин, имеют решающее значение для эмбрионального развития и формирования строения тела," сказала Рея. "Кроме того, путь Wnt активируется в стволовых клетках многих тканей и необходим для их постоянного поддержания."
Исследователи обнаружили, что мыши с дефицитом бета-катенина лишены способности активировать каноническую передачу сигналов Wnt и страдают от нарушения регенерации гемопоэтических стволовых клеток и восстановления костного мозга после облучения. В частности, гемопоэтические стволовые клетки мыши без бета-катенина не могут подавлять выработку молекул окислительного стресса, которые повреждают клеточные структуры. В результате они не могли эффективно восстановиться после лучевой или химиотерапии.
"Наша работа показывает, что передача сигналов Wnt важна для кроветворной системы млекопитающих и имеет решающее значение для восстановления после химиотерапии и облучения," Рея сказала. "Хотя эти методы лечения могут спасти жизнь, они наносят тяжелый урон системе кроветворения, от которой пациент не всегда может выздороветь."
Полученные данные имеют важное клиническое значение.
"Есть две основные причины, почему ускоренная регенерация важна с клинической точки зрения," сказала Рея. "Один из них заключается в том, что после облучения больных раком и трансплантации стволовых клеток скорость и степень выздоровления часто недостаточны для защиты пациента от анемии или инфекций, которые могут быть трудно поддающимися лечению, а иногда и смертельными. Определение сигналов, которые могут ускорить регенерацию после серьезного повреждения костного мозга, может помочь улучшить результаты после трансплантации.
"Во-вторых, дозы химиотерапии и облучения, используемые для лечения рака, часто ограничены побочным ущербом, который они наносят нормальным тканям. Хотя более высокие дозы могут более эффективно убивать больше раковых клеток, их нельзя использовать, потому что они убивают и нормальные клетки. Если мы сможем улучшить и ускорить выздоровление, мы сможем использовать более высокие дозы радиации или химиотерапии и снизить риск рецидива рака."
Рейя сказал, что регенерацию гемопоэтических стволовых клеток после терапии можно ускорить, модулируя путь Wnt, либо путем доставки дополнительных белков Wnt непосредственно пациентам, либо с помощью лекарств, активирующих этот путь. Потребуются дальнейшие исследования, чтобы определить, могут ли эти подходы быть клинически полезными для смягчения повреждений, вызванных радиацией и химиотерапией.