Создан способ репрограммирования зрелых клеток в «стволовое» состояние без генетической модификации

Ученые разработали новый способ репрограммирования взрослых клеток в «стволовое» состояние, не требующий внедрения дополнительных генов, которые могут повысить риск развития рака или появления мутаций.

Достичь этой цели ученые пытались с 2006 г., когда впервые было сделано сообщение о получении так называемых индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). В предыдущих исследованиях специалистам удалось снизить количество генов, необходимых для репрограммирования клеток, с помощью применения специфического препарата, но для получения успешного результата необходимо было внедрить в ДНК клеток хотя бы ген Oct4 [2, 3].

В новой статье, опубликованной в журнале Science, ученые сообщают об успешном получении ИПСК только с помощью воздействия на клетки препаратами. Полученные клетки получили название CiPS cells (химически индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, ХИПСК) [1].

Хонг Куй Денг (Hongkui Deng), специалист в области биологии стволовых клеток из Пекинского Университета (Peking University, Китай) и его исследовательская команда провели скрининг 10 тыс. молекул небольшого размера с целью выявления химических соединений, которые могли бы «заменить» ген Oct4. В то время как другие научные группы искали химические соединения, которые могут непосредственно заменить этот ген, ученые под руководством Денга применили непрямой подход к решению проблемы: они пытались найти химические соединения небольшого размера, которые способны репрограммировать клетки при наличии других генов, кроме гена Oct4.

Более года ученые пытались подобрать комбинации химических соединений, пока наконец не обнаружили сочетание препаратов, при применении которых образовывалось некоторое количество клеток на ранней стадии репрограммирования. Однако у этих клеток не было главных признаков, указывающих на их плюрипотентность. Добавив в культуральную среду химическое соединение DZNep, которое известно своей способностью катализировать поздние стадии репрограммирования клеток, ученые смогли получить полностью репрограммированные клетки, но их количество было небольшим. Добавление еще одного химического соединения увеличило эффективность метода в 40 раз. Наконец, применив смесь из семи химических веществ, исследовательская команда смогла репрограммировать 0,2% клеток, что сопоставимо с результатами применения стандартных методов получения ИПСК.

Научная группа доказала, что полученные клетки обладали свойством плюрипотентности, трансплантировав клетки в растущие мышиные эмбрионы. Результаты исследований показали, что в организме взрослых животных ХИПСК способствовали развитию основных типов клеток, включая печень, сердце, головной мозг, кожу и мышцы.

«Ученые всегда задавались вопросом, можно ли заменить все факторы препаратами. Работа показала, что это возможно», – говорит Рудольф Джаниш (Rudolf Jaenisch), специалист в области клеточной биологии из Института Биомедицинских Исследований Уайтхед (Whitehead Institute for Biomedical Research, США) в Кембридже, один из первых исследователей, получивших ИПСК. По его мнению, исследование ХИПСК может объяснить механизмы репрограммирования клеток.

Разработанный метод может также помочь специалистам в области регенеративной биологии установить механизм, активирующийся у земноводных при необходимости роста новых конечностей. Научная группа Денга установила, что один ген плюрипотентности, Sall4, значительно раньше экспрессировался у ХИПСК, чем у ИПСК. Схожая активность гена Sall4 наблюдается у лягушек, у которых вырастает утраченная конечность [4]: перед регенерацией клетки конечности дедифференциируются (процесс сходный с перепрограммированием), и на ранних стадиях этого процесса активен ген Sall4.

По мнению Антона Неффа (Anton Neff), исследующего регенерацию органов в Университете Индианы (Indiana University, США) в Блумингтоне, полученные результаты могут помочь выяснить сигнальные пути, вызывающие экспрессию гена Sall4 при регулировании регенерации конечности.

Шенг Динг (Sheng Ding), изучающий перепрограммирование клеток в Институтах Гладстоун (Gladstone Institutes, США) в Сан-Франциско, говорит, что полученные данные ознаменовывают прогресс в этой научной области. Однако, по его мнению, химическое репрограммирование, вероятно, не будет широко применяться до того момента, пока научная группа не продемонстрирует, что метод эффективен не только на мышиных, но и на человеческих клетках. Другие подходы, включая те, в которых применяется РНК, могут осуществлять репрограммирование с меньшим риском нарушения генов, по сравнению с оригинальным методом получения ИПСК, и уже применяются на людях. Уже запланировано проведение клинических испытаний ИПСК, полученных с помощью таких способов.

Денг добился определенного прогресса в плане применения нового способа репрограммирования на человеческих клетках, однако метод еще нуждается в совершенствовании.

Если безопасность и эффективность использования метода будет доказана на человеке, то он может оказаться полезным для практического здравоохранения. Метод не ассоциирован с риском развития мутаций, и сами используемые химические соединения, похоже, являются безопасными, четыре из них уже применяются в клинической практике.

Репрограммирование зрелых клеток в стволовое состояние без внедрения в них генов может привести к созданию методов лечения, которые не ассоциированы с риском возникновения мутаций. (фото: ANDREW BROOKES/CORBIS)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2013.13416

Литература:
1. Hou, P. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1239278 (2013).
2. Zhu, S. et al. Cell Stem Cell 7, 651–655 (2010).
3. Li, Y. et al. Cell Res. 21, 196–204 (2011).
4. Neff, A. W., King, M. W. & Mescher, A. L. Dev. Dynam. 240, 979–989 (2011).