Генетический «рецепт» превращения стволовых клеток в клетки крови

Возможность гарантированно и безопасно создавать в лабораторных условиях все многообразие типов клеток крови человека стала еще реальнее.

Группа исследователей под руководством Игоря Слуквина (Igor Slukvin), специалиста в области стволовых клеток из Университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison), выявила две генетические программы, ответственные за превращение «чистых» стволовых клеток в красные (эритроциты) и ряд белых кровяных клеток (лейкоцитов), входящих в состав крови человека. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Ценность исследования заключается в том, что оно позволило выявить механизмы естественного формирования компонентов крови на самых ранних стадиях развития. Сделанное открытие дает ученым инструменты для создания клеток, исследования их развития и синтеза клинически значимых компонентов крови.

«Мы впервые продемонстрировали формирование различных типов клеток крови из плюрипотентных стволовых клеток человека с использованием транскрипционных факторов», - рассказывает Слуквин.

В процессе эмбрионального развития клетки крови возникают в аорте – главном кровяном сосуде эмбриона. Там клетки, среди которых гемопоэтические стволовые клетки, образуются путем деления уникальной популяции, называемой гемогенными эндотелиальными клетками. В новом исследовании ученые выявили две отдельные группы транскрипционных факторов, которые могут непосредственно превращать стволовые клетки человека в гемогенные эндотелиальные клетки, дающие впоследствии начало различным типам клеток крови.

Факторы, найденные группой Слуквина, способны стимулировать образование широкого ряда клеток крови, в том числе лейкоцитов, эритроцитов и мегакариоцитов.

«Повысив экспрессию всего лишь двух транскрипционных факторов, нам удалось в лаборатории воспроизвести последовательность событий, наблюдаемых в эмбрионе при формировании крови», – говорит Слуквин.

Метод, разработанный группой Слуквина, позволяет вырабатывать клетки крови в избытке: с каждого 1 млн. стволовых клеток исследователи смогли получить 30 млн. клеток крови.

Ключевым моментом работы стало использование модифицированной матричной РНК, направляющей развитие стволовых клеток по определенному пути. Новый подход позволяет индуцировать клетки без внедрения каких-либо генетических артефактов. Применяя естественный метод создания клеток и избегая появления потенциальных генетических артефактов, исследователи смогут получать клетки крови для терапевтического использования безопасным способом.

«Это можно делать без вирусов, поэтому целостность генома не будет затронута», - отмечает Слуквин.

Несмотря на то, что метод отработан для получения клеток крови, подход, вероятно, будет применим и для создания других типов клеток, обладающих терапевтическим потенциалом, включая клетки поджелудочной железы и сердца.

Однако, по мнению Слуквина, остается нерешенной задача, заключающаяся в создании гемопоэтических стволовых клеток – мультипотентных клеток, находящихся в костном мозге. Гемопоэтические стволовые клетки используются для лечения некоторых видов раков, в том числе лейкозов и множественной миеломы.

«Мы по-прежнему не знаем, как реализовать это, однако наш новый подход к созданию клеток крови даст шанс смоделировать их развитие в пробирке и выявить новые факторы гемопоэтических стволовых клеток», – отмечает Слуквин.

Всего лишь два транскрипционных фактора необходимы для получения клеток крови из плюрипотентных стволовых клеток. После введения этих факторов стволовые клетки эндотелия (зеленого цвета на фото) последовательно становятся клетками крови (красного цвета на фото). Этот процесс воссоздает путь формирования крови в эмбрионе. (фото: Courtesy of Irina Elcheva and Akhilesh Kumar, Wisconsin National Primate Research Center)

По материалам University of Wisconsin-Madison

Оригинальная статья:
Irina Elcheva, Vera Brok-Volchanskaya, Akhilesh Kumar, Patricia Liu, Jeong-Hee Lee, et al. Direct induction of haematoendothelial programs in human pluripotent stem cells by transcriptional regulators. Nature Communications, 14 July 2014 DOI: 10.1038/ncomms5372