Доктор Якуб Ханна
Эмбриональные стволовые клетки обладают огромным потенциалом в области решения многих медицинских проблем. Поэтому открытие того, что из клеток кожи можно получить плюрипотентные стволовые клетки близкие к эмбриональным, было удостоено Нобелевской премии в 2012 году. Но этот процесс остается удручающе медленным и неэффективным, и получающиеся в результате стволовые клетки остаются непригодными для медицинского использования. Исследование, проведенное лабораторией доктора Якуба Ханна из Института Вейцмана, опубликованное в журнале Nature, в корне меняет эту ситуацию: ученые идентифицировали «тормоз», сдерживающий образование стволовых клеток, и установили, что снятие этого тормоза может как синхронизировать этот процесс, так и повысить его эффективность с сегодняшних около 1 до 100%. Эти открытия могут упростить получение стволовых клеток для медицинских целей, а также углубить наше понимание этого таинственного процесса, посредством которого взрослые клетки могут вернуться в исходное эмбриональное состояние.
Эмбриональные стволовые клетки не прошли какой-либо «специализации», и поэтому могут дать начало клеткам любого типа. Этим и обусловлена их особая ценность: они могут быть использованы, в частности, для восстановления поврежденных тканей, лечения аутоиммунных заболеваний и даже для выращивания органов для трансплантации. Использование стволовых клеток, взятых из эмбрионов, весьма проблематично из-за их доступности и исходя из этических соображений, но надежда на возможность их клинического применения возродились в 2006 году, когда группа во главе с Синья Яманака из Киотского университета разработала метод «перепрограммирования» взрослых клеток. Полученные клетки, называемые индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (ИПСК), создаются посредством встраивания в ДНК взрослых клеток четырех генов. Однако этот процесс сопряжен со многими трудностями: он занимает до четырех недель; время трансформации в ИПСК разнится от клетки к клетке; стволовыми клетками, в конечном итоге, становится менее одного процента обработанных.
Левая колонка: предыдущий метод получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК); правая колонка: ИПСК, полученные новым методом, разработанным доктором Ханна. Вверху: клетки кожи (красные); в центре: ИПСК из клеток кожи (зеленые); внизу: наложение верхнего и центрального изображений.
Перепрограммированные в ИПСК клетки кожи показаны светло-желтым. Количество ИПСК на нижнем правом изображении значительно больше, чем на левом.
Вопрос, которой задали себе доктор Ханна и его коллеги, можно сформулировать так: что является главным препятствием (или препятствиями), мешающим успешному перепрограммированию большинства клеток? В своем предыдущем исследовании, используя математические модели, доктор Ханна показал, что существует только одно препятствие. Конечно, Ханна первым признает, что в биологии для подтверждения модельных результатов необходимы экспериментальные данные. В настоящем исследовании не только получено доказательство этого предположения, но и показана суть этого единственного препятствия, а также то, что его устранение может значительно повысить эффективность перепрограммирования.
Группа доктора Ханна сосредоточила свое внимание на белке MBD3 с неизвестной функцией. Белок MBD3 привлек их внимание, так как экспрессируется в каждой клетке организма на каждом этапе его развития. Это довольно редкое явление: в целом, большинство типов белков вырабатываются в определенных клетках, в определенное время, для выполнения определенных функций. Ученые установили, что из правила экспрессии данного белка есть одно исключение – первые три дня после зачатия. Это как раз те три дня, в которые оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, и зарождающийся эмбрион образует сферу из плюрипотентных стволовых клеток, которые в конечном итоге станут всеми типами клеток организма. Дифференцировка начинается с четвертого дня, и клетки начинают терять свой плюрипотентный статус. Именно в это время впервые появляется белок MBD3.
Это открытие имеет большое значение для получения ИПСК для медицинских целей. Чтобы встроить четыре гена в ДНК клетки, доктор Яманака использовал вирусы, но, по соображениям безопасности, вирусы не используются в перепрограммировании клеток, которые предполагается применять в клинике. Это еще более снижает эффективность процесса – до около десятой доли процента. Израильские исследователи показали, что удаление белка MBD3 из взрослых клеток организма может повысить эффективность процесса перепрограммирования и на несколько порядков ускорить его. Время, необходимое для получения стволовых клеток, сокращается с четырех недель до восьми дней. В качестве дополнительного бонуса, так как все клетки проходили перепрограммирование с одинаковой скоростью, ученые впервые смогли отследить весь процесс шаг за шагом и расшифровать его механизм.
Доктор Ханна отмечает, что достижение его группы было основано на изучении естественных путей эмбрионального развития: «Ученые, исследующие перепрограммирование, могут извлечь много полезной информации из более глубокого изучения того, как эмбриональные стволовые клетки образуются в природе. В конце концов, природа все еще делает их лучше, наиболее эффективным способом».
Источник: LifeSciencesToday
