Генетическая память мешает создать идеальную клетку
Сразу несколько статей, посвященных регенеративной медицине, появились на этой неделе в журналах Nature, Nature Biotechnology и Developmental Cell. Цель работ похожа на мечту -- вырастить идеальную клетку.
По этическим соображениям использовать эмбриональные стволовые клетки в медицине невозможно. Поэтому ученым приходится выкручиваться и искать способы получения универсального и безопасного материала, из которого можно «построить запасные части для организма».
Клетки бывают разные…
В результате слияния сперматозоида и яйцеклетки образуется уникальная клетка -- зигота. В развитии организма из единственной клеточки принимает участие сразу 5000 генов. Правда, с каждым делением клетки теряют свою уникальность, а, точнее, универсальность. В сформированном организме остается лишь небольшое количество экземпляров, несколько похожих на свою родоначальницу – эмбриональную тотипотентную стволовую клетку.
Если бы у ученых были такие клетки, они бы смогли реализовать самые фантастические научные идеи. Но проблема состоит в том, что тотипотентные (эмбриональные) стволовые клетки – немногочисленные недифференцированные клетки, которые присутствуют лишь на ранних стадиях эмбриогенеза. С развитием эмбриона такие клетки постепенно утрачивают способность превращаться во все ткани организма. В зависимости от их универсальности клетки относят к плюрипотентным, мультипотентным и унипотентным.
Все три типа стволовых клеток, образованных одной тотипотентной, в разных количествах сохраняются во взрослом организме. Для регенеративной медицины наибольший интерес представляют плюрипотентные стволовые клетки. Ведь они могут превратиться в самое большое число тканей.
Молекулярная картина органогенеза
Эмбриональные стволовые клетки самые желанные по простой причине – из них можно вырастить любую «запасную часть» для поврежденного человеческого организма. У взрослого человека таких клеток уже нет, а плюрипотентных очень мало. Правда, ученые уже умеют перепрограммировать соматические, после чего те начинают работать как стволовые. Такие клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК).
Стоит помнить, что стволовые клетки – это лишь строительный материал. Ученым предстоит еще немало потрудиться, чтобы заставить его работать на человека. Понять секреты формирования органов можно, если лучше изучить этот процесс в естественных условиях, то есть на примере эмбриона. Китайские ученые под руководством Фан Хая (Hai Fang) описали «карту активности» всех генов человеческого эмбриона, которые обеспечивают зарождение и формирование органов в ходе эмбриогенеза. Они выделили две основные группы генов, которые работают одновременно, но с различной интенсивностью и в противоположных направлениях. По словам исследователей, одна группа генов начинает угнетать тотипотентные свойства эмбриональных клеток. В это же время в работу включаются гены, которые заставляют клетки дифференцироваться.
Основываясь на результатах настоящего и предшествующих исследований, биологи предложили схему молекулярных изменений, которые лежат в основе органогенеза. Ученые уверены, что эти знания необходимы для перепрограммирования клеток и выращивания нужного органа. Молекулярные и генетические секреты образования органов исследователи опубликовали в статье Transcriptome Analysis of Early Organogenesisin Human Embryos, которая вышла в журнале Developmental Cell 19 июля.
Клетка помнит
В это же время независимо друга от друга в журналах Nature и Nature Biotechnology две группы исследователей заявили, что перепрограммированные клетки «помнят» об истоках своего происхождения. Обнаруженная «клеточная память» одновременно может быть и преимуществом, и препятствием в использовании стволовых клеток для медицинских и научных целей.
В первом эксперименте исследователи из США использовали одинаковые плюрипотентные стволовые клетки, полученные из различных источников. Ученые «подсадили» перепрограммированные клетки в эмбрион мыши, который на тот момент состоял всего лишь из нескольких сотен клеток (стадия бластоциста). Далее ученые следили уже за эмбрионом химерного гызуна in vitro и пытались разобраться с тем, какую генетическую информацию реализуют перепрограммированные клетки. Оказалось, что одинаковые стволовые клетки имеют некоторые отличия – каждая из них реализовывала несколько иную генетическую информацию, в которой были заметны «отголоски прошлого». Но ученым удалось обхитрить генетическую память. Для этого они провели 16 циклов культивирования, после чего различия между ИПСК исчезли. Результаты эксперимента описаны в статье «Cell type of origin influences the molecular and functional properties of mouse induced pluripotent stem cells» в Nature Biotechnology.
В статье «Epigenetic memory in induced pluripotent stem cells» в Nature другая группа ученых сравнивает стволовые клетки, полученные двумя способами – перепрограммированием ДНК и с помощью пересадки клеточного ядра. Исследователи отмечают, что методика, используемая для клонирования животных (пересадка ядра), более надежна. Полученные таким способом стволовые клетки имеют большие сходства с эмбриональными стволовыми клетками, чем ИПСК.
«Ученым необходимо обратить большее внимание на механизм перепрограммирования клеток посредством привнесенного в клетку ядра, так как этот метод выглядит более эффективным», -- говорит Джордж Далли (George Dalley) из Института стволовых клеток в Гарварде (Harvard Stem Sel Institute).
Вполне возможно, авторы всех трех исследований могли бы помочь друг другу. Если авторы статьи в Nature Biotecnology ознакомятся с опубликованными в Developmental Cell тонкостями органогенеза, они смогут легче преодолевать генетическую память ИПСК. А авторы статьи в Nature смогут независимо оценить эффективность улучшенных методик.
Infox.ru следит за развитием событий.
