Индуцированные стволовые клетки это
Индуцированные стволовые клетки, полученные из клеток желудка, в отличие от других с минимальной вероятностью могут провоцировать опухоли, что открывает дорогу к широкому применению таких клеток. Такие данные приводятся в докладе японских ученых, который они сделали на симпозиуме "Стволовые клетки и их многосторонность" в городе Тоионака.
Метод создания из обычных клеток человека стволовых, так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (induced pluripotent stem cells — iPS), разработанный в 2006 году, может избавить науку от этических проблем, связанных с использованием эмбриональных стволовых клеток. Однако применение этого метода сдерживалось высоким риском возникновения онкологических заболеваний при использовании iPS-клеток4.
Группа японских ученых заявила, что это препятствие, возможно, преодолено. Авторы доклада — исследователи из Киотского университета под руководством профессора Синъя Яманака, которому принадлежит первенство в создании индуцированных клеток, и университета Кэйо под руководство профессора Хидэюки Окано создала 36 вариантов клеток iPS и пересадила их подопытным крысам.
В качестве исходного материала они использовали четыре вида обычных клеток — клетки кожи детеныша, клетки кожи хвоста, желудка и печени взрослых крыс. Из полученных стволовых iPS клеток ученые вырастили клетки, формирующие нервную ткань, которые затем были пересажены подопытным крысам. У крыс, которым были пересажены стволовые клетки, полученные из клеток желудка, не выявлено ни одного случая возникновения онкологических новообразований. Низкий уровень возникновения опухолей был обнаружен и у крыс, которым были пересажены клетки, полученные из клеток кожи детенышей. При этом, у 80% крыс, получивших пересадку стволовых клеток, созданных из клеток кожи взрослой крысы и из печени, стали развиваться онкологические новообразования.
Ученые сделали вывод, что риск возникновения онкологии после пересадки индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS) напрямую связан с видом исходных клеток. "Не все клетки, полученные из клеток кожи и печени, смогли превратиться в нервные клетки. Именно из этих клеток образуются онкологические опухоли. Подобный механизм должен действовать и в случае с выращиванием клеток сердечной мышцы и других", — заявил профессор Окано.
Если сравнивать эмбриональные стволовые клетки и их искусственные аналоги, полученные из одного и того же источника, то окажется, что отличия между ними не так уж велики.
Эмбриональные стволовые клетки обладают двумя замечательными свойствами: во-первых, они бессмертны и могут делиться бесконечно долго, во-вторых, их потомки могут превратиться в любую специализированную клетку, будь то один из нейронов мозга, гепатоцит печени или клетка кишечного эпителия – нужно только задать требуемую молекулярно-генетическую программу.
Однако вот так просто использовать клеточный материал человеческих эмбрионов в медицинских или сугубо научных целях невозможно – по этическим причинам. Поэтому биологам пришлось создать альтернативу: в 2006 году Синъя Яманака впервые получил так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC, или iPS), изменив активность лишь четырёх генов; за это открытие всего через шесть лет Яманака получил Нобелевскую премию.
Суть метода iPSC в том, что обычные зрелые клетки – например, клетки кожи – обращают в эмбриональное состояние: они начинают всё время делиться и теряют свои характерные особенности, необходимые для выполнения специальной функции. Теперь, с помощью разного сорта белковых коктейлей, их можно направить по нужному пути развития, так что из клеток кожи могут получиться, например, нейроны.
Но можно ли индуцированные стволовые клетки считать точно такими же, как и обычные стволовые клетки эмбриона?
Довольно быстро обнаружилось, что между теми и другими есть молекулярно-генетические отличия – некоторые гены, молчащие в одних клетках, работали в других. Можно предположить, что отличия связаны с «неестественным» получением индуцированных стволовых клеток. Однако, по мнению Конрада Хохедлингера (Konrad Hochedlinger) и его коллег из Гарварда и Университета Джонса Хопкинса, те и другие больше похожи друг на друга, чем может показаться.
В ходе эксперимента двум линиям человеческих эмбриональных стволовых клеток позволили пройти дифференцировку, а потом вернули их обратно с помощь метода получения iPSC. Затем у всех них сравнили активность генов, и оказалось, что индуцированные стволовые клетки по генетической активности более похожи на родительские клетки, нежели друг на друга.
Различия в активности означают, в частности, что в ДНК разных клеток существуют разные эпигенетические регуляторы и по-разному работают транскрипционные факторы (белки, активирующие или подавляющие синтез мРНК на генах). В статье в Nature Biotechnology исследователи пишут, что существенная доля подобных различий может быть обусловлена именно разным происхождением. Например, если мы сравниваем эмбриональные клетки, полученные от женского эмбриона, с индуцированными стволовыми клетками, полученными от мужчины, то молекулярно-генетическая разница между теми и другими может иметь место не потому, что одни – натуральные, а другие – искусственные, а потому, что гены в мужском и женском организме в принципе работают по-разному.
Однако какие-то отличия всё же есть: например, 49 генов у iPSC работали иначе, чем у эмбриональных клеток (всего у человека, напомним, насчитывают 20–25 тыс. активных генов). Два из этих 49 отвечали за глюкозный обмен, один – за поглощение глюкозы, другой – за её расщепление. Однако, хотя оба глюкозных гена у iPSC работали слабее, по потреблению и перевариванию глюкозы индуцированные клетки не отличались от эмбриональных. Наконец, ни те, ни другие не обнаружили существенных различий в главном – в способности превращаться в клетки других типов: они оказались равно хороши в производстве разных типов нейронов, и также одинаково хорошо превращаются в клетки трёх зародышевых листков (из которых потом образуются все органы и ткани). Функционально ни у эмбриональных не было преимущества перед индуцированными стволовыми клетками, ни у индуцированных перед эмбриональными – если, повторим, те и другие происходили из одного источника и были генетически идентичны.
Правда, здесь есть одно серьёзное «но»: индуцированные стволовые клетки были получены из потомков эмбриональных клеток, которые начали дифференцироваться в лаборатории; донором для iPSC здесь был вовсе не взрослый пациент. Возможно, в данном случае у клеток, которых подвергли обращению в эмбриональное состояние, оставалась некая ещё не исчезнувшая молекулярная память о том, как они сами совсем недавно ещё были эмбриональными.
С другой стороны, когда для такой процедуры берут клетки у взрослого донора, то ведь в них могут оставаться следы «жизненного опыта», и оттого они могут дополнительно отличаться от тех эмбриональных клеток, из которых когда-то получился весь этот человек целиком. Впрочем, сами авторы работы не утверждают, что разное генетическое происхождение описывает все возможные различия между теми и другими, однако в некоторой части проблема несоответствия в генетической активности между типами клеток является определённо надуманной.
Учёные из Гарвардского Института Стволовых Клеток (Harvard Stem Cell Institute, США) открыли молекулярный механизм, поддерживающий функциональность взрослых клеток и предотвращающий их реградацию в исходное эмбриональное состояние. Данное свойство необходимо учитывать при создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСк) для клинического применения. Результаты исследования опубликованы 10 декабря 2015 г. в журнале Nature.
Открытие техники репрограммирования зрелых клеток с помощью активации всего нескольких генов совершило революционный прорыв в изучении стволовых клеток. Полученные ИПСк способны дифференцироваться практически в любые типы клеток организма. Однако более тщательные исследования показывают некоторые отличия между ИПСк и эмбриональными стволовыми клетками (ЭСК).
Исследователи из Гарварда совместно с коллегами из Исследовательского института молекулярной биотехнологии (Research Institutes of Molecular Biotechnology, IMBA, Австрия) обнаружили клеточную «память» о всех этапах дифференцировки и созревания у взрослых клеток кожи и крови.
«Все клетки организма человека имеют одинаковый геном»,- говорит руководитель исследования доктор Конрад Хохедлингер (Konrad Hochedlinger). «То, какие гены включаются или выключаются в процессе развития, и определяет, каким типом станет взрослеющая клетка. Манипулируя этими генами, учёные могут разблокировать неактивные части генома взрослой клетки и перепрограммировать её в другой тип».
«Однако, клетка кожи «знает», что она клетка кожи даже после превращения в ИПСк»,- говорит соавтор исследования Джозеф Пеннингер (Josef Penninger). «Клеточная память зачастую сохраняется, блокируя сам процесс репрограммирования. Мы хотели выяснить, какие процессы стабилизируют эту память, и какой механизм препятствует созданию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток», — добавил Пеннингер.
Для выявления потенциальных факторов команда исследователей составила библиотеку генов-регуляторов хроматина, отвечающих за упаковку ДНК, и участвующих в создании клеточной памяти.
Из 615 исследованных факторов учёные выделили четыре регулятора хроматина, три из которых до настоящего времени не рассматривались как потенциальные препятствия репрограммирования. Исследования показали, что при ингибировании белка CAF1 (chromatin assembly factor 1), эффективность перепрограммирования увеличивается в 50-200 раз. Кроме того, отсутствие CAF1 влияет на скорость процесса: учёные обнаружили первую ИПС клетку уже через 4 дня, в то время, как при стандартных условиях, метод занимает 9 дней.
«CAF1 гарантирует передачу дочерним клеткам «памяти», которая кодируется гистоном с цепочкой ДНК, упакованной вокруг него. При блокировке CAF1, данная упаковка ДНК не происходит, дочерние клетки теряют информацию и превращаются в «чистый лист». В таком состоянии они более чутко реагируют на внешние сигналы, а это означит, что мы можем гораздо легче управлять ими», — говорит один из авторов исследования Ульрих Эллинг (Ulrich Elling).
Блокируя CAF1, исследователи также смогли методом трансдифференцировки или прямого перепрограммирования непосредственно превратить один тип взрослых клеток в другой, минуя этап получения плюрипотентных клеток.
Исследователи считают, что CAF1 может играть ключевую роль в перепрограммировании клеток для создания моделей различных заболеваний и тестирования лекарственных препаратов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
