Rewolucja w biologii rozwojowej

• Authors: Piotr Rieske

Title variants

EN

Revolution in developmental biology

• Languages of publication: EN PL

Abstracts

EN

During the last decade dozens of papers have been published, whose approval for printing signifies a consent for changes in some biology handbooks. Stem cells have found their way to newspaper headlines and even became an element of presidential campaign in the United States. Indeed, an important issue on scientific and medical ground is that recently several paradigms in hitherto force in developmental biology have been challenged. First, the paradigm of barrier between embryonal layers has been questioned. Second, it has been demonstrated that even in such structures as the central nervous system and heart muscle there is a steady but distinct renovation, even in adult mammals. Third, new models of cell differentiation have been proposed. For many years, developmental biology was based on instructional models of differentiation. At present, the instructional model is increasingly frequently replaced by the stochastic model. Furthermore, the question of debate is whether there is still any rationale for further propagation of hierarchic models. Current dispute concerning the above mentioned concepts and paradigms, which is currently taking place among biologists studying the development of organisms, has a direct transmission onto practical applications thereof. For example, lack of barrier between embryonal layers (or its permeability) paves the way for the use of mesenchymal stem cells from bone marrow as “progenitors” of neurons, whose deficit is seen in persons with Parkinson disease. In other words, if inter-embryonal layer barrier does not exist or may be transgressed, then therapeutic cloning may be substituted by simple aspiration of bone marrow or sampling of skin fibroblasts. After a few years of negation, it is accepted again that in mammals take place processes of dedifferentiation and transdifferentiation. This paper presents old paradigms as well as arguments of partisans of challenging or even to refute these paradigms.

PL

W ostatnim dziesięcioleciu opublikowano dziesiątki artykułów, których zaakceptowanie oznacza zgodę na dokonanie zmian w niektórych podręcznikach biologii. Komórki macierzyste „trafiły na pierwsze strony gazet” i stały się nawet przedmiotem kampanii prezydenckiej w Stanach Zjednoczonych. Co jednak istotne, z naukowego i medycznego punku widzenia w ostatnich latach podważonych zostało kilka paradygmatów obowiązujących dotychczas w biologii rozwojowej. Po pierwsze podważono paradygmat istnienia bariery listków zarodkowych. Po drugie stwierdzono, że nawet w obrębie takich struktur, jak ośrodkowy układ nerwowy (OUN) i mięsień sercowy, następuje powolna, ale jednak wyraźna odnowa u dorosłych ssaków. Po trzecie zaproponowano nowe modele różnicowania komórek. Przez wiele lat dominowały w biologii rozwojowej instrukcyjne modele różnicowania. W tej chwili w miejsce modelu instrukcyjnego coraz częściej wprowadza się model stochastyczny. Oprócz tego rozważa się, czy ma uzasadnienie dalsze propagowanie tzw. modeli hierarchicznych. Spór dotyczący wymienionych pojęć i paradygmatów, który toczy się wśród biologów zajmujących się rozwojem organizmów, przekłada się bezpośrednio na działania praktyczne. Przykładowo, brak bariery listków zarodkowych (lub jej nieszczelność) otwiera drogę do wykorzystania na przykład mezenchymalnych komórek macierzystych ze szpiku kostnego jako „progenitorów” neuronów, których niedobór obserwujemy u osób z chorobą Parkinsona. Innymi słowy, jeżeli bariera listków zarodkowych nie istnieje lub może być przekroczona, klonowanie terapeutyczne można zastąpić zwykłą aspiracją szpiku kostnego lub pobraniem fibroblastów skóry. Ponownie przyjęto – po kilku latach negowania tego faktu – iż w organizmach ssaków zachodzą procesy odróżnicowania (dedyferencjacji) i transróżnicowania (transdyferencjacji). W artykule przedstawiono stare paradygmaty, jak również argumenty zwolenników podważenia lub obalenia tychże paradygmatów.

Keywords

EN

adult stem cells; differentiation; klonowanie terapeutyczne; komórki macierzyste; plasticity; plastyczność; różnicowanie; somatyczne komórki macierzyste; stem cells; therapeutic cloning

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Medical Communications
• Journal: Aktualności Neurologiczne
• Year: 2006
• Volume: 6
• Issue: 3
• Pages: 159-163

Contributors

author

Piotr Rieske

• Zakład Patologii Molekularnej i Neuropatologii Katedry Onkologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, ul. Czechosłowacka 8/10, 92-216 Łódź, tel.: [phone]

References

• 1. Morrison S.J., Kimble J.: Asymmetric and symmetric stem-cell divisions in development and cancer. Nature 2006; 441: 1068-1074.
• 2. Quesenberry PJ.: Hematopoiesis and hematopoietic growth factors. W: Goldman L., Bennett J.C. (red.): Cecil Textbook of Medicine. Wyd. 21, WB Saunders, Philadelphia, PA 1999: 834-840.
• 3. Quesenberry P.J., Colvin G.A.: Hematopoietic stem cells, progenitor cells, and cytokines. W: Beutler E., Lichtman VIA, Coller B.S. i wsp. (red.): Williams Hematology. Wyd. 6, McGraw-Hill, New York, NY 2001: 153-174.
• 4. Gan Q., Yoshida T., McDonald O.G., Owens G.K: Epigenetic mechanisms contribute to pluripotency and cell lineage determination of embryonic stem cells. Stem Cells 2006.
• 5. Bibikova M., Chudin E., Wu B. i wsp.: Human embryonic stem cells have a unique epigenetic signature. Genome Res. 2006; 16: 1075-1083.
• 6. Imamura M., Miura Κ., Iwabuchi K. i wsp.: Transcriptional repression and DNA hypermethylation of a small set of ES cell marker genes in male germline stem cells. BMC Dev. Biol. 2006; 6: 34.
• 7. Taupin P., Gage F.H.: Adult neurogenesis and neural stem cells of the central nervous system in mammals. J. Neurosci. Res. 2002; 69: 745-749.
• 8. Lie D.C., Dziewczapolski G., Willhoite A.R. i wsp.: The adult substantia nigra contains progenitor cells with neurogenic potential. J. Neurosci. 2002; 22: 6639-6649.
• 9. Urbanek Κ., Cesselli D., Rota M. i wsp.: Stem cell niches in the adult mouse heart. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 9226-9231.
• 10. Hall V.J., Stojkovic P., Stojkovic M.: Using therapeutic cloning to fight human disease: a conundrum or reality? Stem Cells 2006; 24: 1628-1637.
• 11. Fost N.: The great stem cell debate: where are we now? Cloning, chimeras, and cash. WMJ 2006; 105: 16-17.
• 12. Skrzyszowska M., Karasiewicz J., Bednarczyk M. i wsp.: Generation of cloned and chimeric embryos/offspring using the new methods of animal biotechnology. Reprod. Biol. 2006; 6 supl. 1: 119-135.
• 13. Li S., Chen X., Fang Z. i wsp.: Rabbits generated from fibroblasts through nuclear transfer. Reproduction 2006; 131: 1085-1090.
• 14. Tomii R., Kurome M., Ochiai T. i wsp.: Production of cloned pigs by nuclear transfer of preadipocytes established from adult mature adipocytes. Cloning Stem Cells 2005; 7: 279-288.
• 15. Morrison J.I., Loof S., He P., Simon A.: Salamander limb regeneration involves the activation of a multipotent skeletal muscle satellite cell population. J. Cell Biol. 2006; 172: 433-440.
• 16. Odelberg S.J.: Cellular plasticity in vertebrate regeneration. Anat. Rec. B New Anat. 2005; 287: 25-35.
• 17. Gardiner D.M.: Ontogenetic decline of regenerative ability and the stimulation of human regeneration. Rejuvenation Res. 2005; 8: 141-153.
• 18. Koshizuka S., Okada S., Okawa A. i wsp.: Transplanted hematopoietic stem cells from bone marrow differentiate into neural lineage cells and promote functional recovery after spinal cord injury in mice. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2004; 63: 64-72.
• 19. Shih C.C., DiGiusto D., Mamelak A., Forman S.J.: Hematopoietic potential of neural stem cells: plasticity versus heterogeneity. Leuk. Lymphoma 2002; 43: 2263-2268.
• 20. Vescovi A., Gritti A., Cossu G., Galii R.: Neural stem cells: plasticity and their transdifferentiation potential. Cells Tissues Organs 2002; 171: 64-76.
• 21. Verfaillie C.: Stem cell plasticity. Hematology 2005; 10 supl. 1: 293-296.
• 22. Rutenberg M.S., Flamazaki T., Singh A.M., Terada N.: Stem cell plasticity, beyond alchemy. Int. J. Hematol. 2004; 79: 15-21.
• 23. Rieske P., Kryńska B., Azizi S.A.: Human fibroblast-derived cell lines have characteristics of embryonic stem cells and cells of neuroectodermal origin. Differentiation 2005; 73: 474-483.
• 24. Bonilla S., Silva A., Valdes L. i wsp.: Functional neural stem cells derived from adult bone marrow. Neuroscience 2005; 133: 85-95.
• 25. Wislet-Gendebien S., Flans G., Leprince P. i wsp.: Plasticity of cultured mesenchymal stem cells: switch from nestin-positive to excitable neuron-like phenotype. Stem Cells 2005; 23: 392-402.
• 26. Cho K.J., Trzaska K.A., Greco S.J. i wsp.: Neurons derived from human mesenchymal stem cells show synaptic transmission and can be induced to produce the neurotransmitter substance P by interleukin-1 alpha. Stem Cells 2005; 23:383-391.
• 27. Takahashi Κ., Yamanaka S.: Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126: 663-676.

• Document Type: article