Несмотря на известное свойство активных форм кислорода (АФК) как патогенных свободно-радикальных молекул в развитии рака и других заболеваний, исследования последних двух десятилетий показывают, что АФК играют важную физиологическую роль в клеточных процессах и процессах развития многоклеточных организмов. Ученые Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) обобщили опыт 20-летней работы международных научных лабораторий, которые исследовали различные физиологические функции АФК – важнейших участников клеточных процессов. Результаты работы позволяют составить целостную картину понимания по каким механизмам действует АФК в стволовых клетках разных тканей живых организмов, и эти данные позволят усовершенствовать методы получения стволовых клеток для использования в медицине и фармакологии. Обзор опубликован в научном журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.

АФК, такие как перекись водорода (Н2О2) и супероксид-анион-радикал (О2-), постоянно образуются в живых клетках и играют роль медиаторов важных внутриклеточных сигнальных путей. Их нормальные функции включают регуляцию различных процессов иммунной системы, кроветворения, регенерации и биологии стволовых клеток. Например, клетки крови на месте повреждения сосудов начинают продуцировать АФК, что активизирует тромбоциты, необходимые для начала процесса заживления раны. АФК также запускают регулируемую клеточную смерть (апоптоз).

Так, многие годы считалось, что накопление АФК в клетке ведет к необратимому повреждению ДНК и клеточных белков, что, в свою очередь, приводит клетки к гибели. Однако исследования последних лет показали, что сублетальные концентрации АФК выполняют важные витальные функции в клетке. Данный обзор представляет собой обширное исследование, суммирующее результаты научных работ по изучению физиологических функций АФК в различных типах стволовых клеток и процессах развития многоклеточных организмов. Обзор позволяет сформировать у читателя комплексное и целостное представление по данному вопросу.

Публикация включает результаты более 200 научных статей по изучению функций АФК, которые были опубликованы в мире, начиная с начала 2000-ых годов. Впервые полезные для клеток сигнальные функции АФК были продемонстрированы исследователями на хорошо методически оснащенной и удобной для генетических исследований модели мушки-дрозофилы. Сегодня объектами исследования становятся эмбриональные стволовые клетки и их индуцированные аналоги млекопитающих и человека.

Последние исследования показывают, что АФК необходимы для регуляции многих процессов клеточной жизнедеятельности, пролиферации (роста), дифференцировки, поддержания статуса стволовых клеток и регуляции активности врождённого клеточного иммунитета. Понимание того, как АФК влияют на процессы в стволовых клетках, в каких дозах, и как связано место их продукции с их сигнальными функциями в клетке – это важные вопросы, решение которых позволит нацелено воздействовать на интересующие процессы в том числе совершенствования методов получения репрограммированных стволовых клеток. В свою очередь, стволовые клетки, и в том числе индуцированные плюрипотентные стволовые клетки в перспективе открывают большие возможности для регенеративной медицины: получение различных видов тканей и органов для трансплантации, и в данных процессах необходимо понимание функционирования АФК.

Кроме того, понимание функций АФК, в дальнейшем может помочь ученым найти определенные фармакологические соединения,
которые позволят регулировать количество активных форм кислорода и их местонахождение в клетке для управления клеточными процессами.

В значительную часть обзора вошли работы научной лаборатории, в которой в разные годы проводили исследования ученые ИНЦ РАН. В том числе в отделе Молекулярной и клеточной биологии в Университете Калифорнии (Лос-Анджелес) впервые была показана важность АФК в процессе регуляции клеточного цикла и дифференцировки https://www.nature.com/articles/nature08313 https://www.nature.com/articles/ng.2007.50., и продемонстрирована сигнальная функция АФК митохондрии в регуляции клеточного иммунного ответа и в патогенезе острого лейкоза https://doi.org/10.1038/embor.2011.223 https://doi.org/10.1182/blood-2010–03-276998. Сейчас ученые ИНЦ РАН исследуют значения АФК для поддержания и дифференцировки стволовых клеток мыши и человека.
Эти исследования, в том числе, опираются на результаты, полученные ранее с помощью генетической системы дрозофилы.