Кратко: асимметричное деление обеспечивает одновременное сохранение пула стволовых клеток и генерацию дифференцированных потомков; это достигается сочетанием внутриклеточных полярных механизмов, ориентации веретена деления и микроокружения (ниши). При нарушении баланса — избыток самоподдерживающихся делений или потеря дифференцировки — растёт риск гиперплазии и опухолей.
Механизмы (клеточная биология)
- Полярность клетки и локализация факторов судьбы
- Белковые комплексы Par3/Par6/aPKC, Scribble/Dlg/Lgl устанавливают апико-базальную полярность.
- Судьбообразующие белки (например, Numb, Prospero у дрозофилы; различные транскрипторы/мРНК у млекопитающих) локализуются в одном полюсе и передаются только одной дочерней клетке.
- Пример записи результата деления: $\text{SC}\stackrel{\text{асимм. деление}}{}\text{SC}+\text{DC}$ (SC — стволовая клетка, DC — дифференцирующаяся клетка).
- Ориентация митотического веретена и цитокинез
- Комплексы LGN/NuMA/динин транспортируют и фиксируют веретено, обеспечивая деление по оси, при которой один из дочерних получает набор апикально локализованных факторов.
- Механическая позиция цитокинеза и контакты с адгезивными белками (E‑cadherin, интегрины) влияют на то, какая клетка остаётся в нише.
- Интринзикальные молекулярные механизмы
- Асимметричное распределение органелл (митохондрий, лизосом), стволовых комплексов РНК/протеинов, различия в метаболизме и уровнях ROS могут задавать судьбу дочерних клеток.
- Ассиметричная передача старой/новой ДНК или гистоновых меток (гипотеза «immortal strand», эпигенетическое наследование) — способ сохранить геном/эпигеном стволовой клетки, ограничивая накопление мутаций в её потомках.
- Экстринзикальные (ниша) сигналы
- Сигнальные пути Notch/Delta, Wnt, BMP, Hedgehog в нише дают локальные градиенты, которые вместе с ориентацией деления определяют, какая дочерняя клетка остаётся в зоне самоподдержки.
Почему это важно для гомеостаза и предотвращения опухолей
- Баланс самоподдержания и дифференцировки: асимметричное деление обеспечивает постоянный пул SC при непрерывной генерации дифференцированных клеток, поддерживая тканевую целостность и регенерацию.
- Ограничение клонального расширения и мутаций: если одна из дочерних клеток всегда дифференцируется, снижение вероятности кумулятивного размножения клеток с соматическими мутациями в стволовой линии; дополнительные механизмы (асимм. распределение повреждённого/старого материала) уменьшают передачу повреждений.
- Предотвращение риска опухолевого роста: сдвиг в сторону частых симметричных самоподобий ($\text{SC}\stackrel{\text{симм. самоподобие}}{}2\text{SC}$) или потеря полярности/контроля судьбы ведёт к экспансии стволоподобных клонов и формированию «опухолевых стволовых клеток».
Короткое итоговое правило: асимметрия = внутриклеточная полярность + ориентировка веретена + нишевые сигналы + асимм. распределение молекул/органелл → поддержание пула SC и предотвращение неконтролируемого роста.