Клетки кожи превращаются… в нервные клетки!

Ученые получили стволовые клетки из клеток кожи человека с редкой, рано проявляющейся, формой болезни Хантингтона (БХ) и превратили их в нейроны, дегенерирующие так же, как и клетки больного, страдающего смертельным наследственным заболеванием.

Создав модель БХ «в пробирке», исследователи сделали значительный шаг вперед в понимании того, какие нарушения вызывают гибель клеток у пациентов с данным заболеванием. Кроме того, теперь появилась возможность протестировать на полученных клетках, которые у человека находятся в глубоких слоях головного мозга, потенциальные лекарственные препараты для лечения БХ.

Несмотря на то, что аутосомно-доминантная мутация, вызывающая развитие болезни Хантингтона, была описана еще в 1993 г., лечения до сих пор не разработано. Препаратов, способных замедлить развитие заболевания, также не существует.

Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Cell Stem Cell, было проведено консорциумом Huntington's Disease iPSC Consortium при участии ученых из Медицинской Школы при Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе (Johns Hopkins University School of Medicine), Медицинского Центра Цедарс-Синай в Лос-Анджелесе (Cedars-Sinai Medical Center), Калифорнийского Университета в Ирвине (University of California, Irvine) (США) и шести других групп. Ученые исследовали несколько разных клеточных линий с моделью БХ, а также контрольную линию клеток для подтверждения достоверности и воспроизводимости результатов.

Манифестация Болезни Хантингтона в среднем возрасте особенно тяжела. У больных постепенно возникают резкие судорожные движения, нарушается мышечный контроль, возникают психические нарушения и слабоумие. Заболевание всегда заканчивается летальным исходом. В редких случаях (как у пациентки, ставшей донором материала для клеток в Университете Джонса Хопкинса) заболевание может начать развиваться достаточно рано, даже в детстве.

«Получение таких клеток позволит нам протестировать новые методы лечения ранее не возможным способом, - говорит Кристофер А. Росс (Christopher A. Ross), доктор медицины, профессор психиатрии и нейронаук в Медицинской Школе при Университете Джонса Хопкинса, один из руководителей исследования, - Мы сможем исследовать, как лекарственные препараты действуют на нейроны пациентов с болезнью Хантингтона».

Росс и его коллеги, а также ученые из Университета Эмори (Emory University) (США) уже начали проверять некоторые молекулы на способность блокировать дегенерацию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) с моделью болезни Хантингтона. Такие молекулы могут стать основой новых препаратов для лечения заболевания.

Возможность получать из стволовых клеток точно такие же нейроны, как при болезни Хантингтона, может найти применения в подобных исследованиях других нейроденегеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.

Для проведения эксперимента Росс произвел биопсию кожи пациентки с очень ранней формой БХ, которой на момент осмотра было всего 7 лет. Причиной раннего проявления болезни стала крайне редкая мутация, определившая форму заболевания. Полученные клетки кожи стали для исследователей из группы Росса отличным инструментом, с помощью которого можно было воспроизвести болезнь Хантингтона способом, применимым к пациентам с любыми формами заболевания.

Клетки кожи пациентки были выращены в культуре и затем перепрограммированы в иПСК в лаборатории профессора Хонжун Сонга (Hongjun Song) из Института Клеточной Инженерии Джонса Хопкинса (Johns Hopkins' Institute for Cell Engineering). Контрольная клеточная линия была создана идентичным способом в лаборатории доктора Росса на основе клеток, полученных от донора, не страдающего болезнью Хантингтона. Одновременно другая пара линий клеток ХБ и контроля была получена Консорциумом при поддержке Национального Института Неврологических Заболеваний и Инсульта (NINDS).

Полученные клетки ученые сначала трансформировали в обычные нейроны, а затем в специализированные срединные шипиковые нейроны, на что потребовалось три месяца. В результате исследователи обнаружили, что срединные шипиковые нейроны, выделенные из клеточной культуры, вели себя так же, как вели бы нейроны, полученные непосредственно из организма пациента: они характеризовались быстрой дегенерацией при культивировании в обычной среде, не содержащей дополнительных питательных веществ. Напротив, в контрольных линиях клеток дегенерации нейронов отмечено не было.

«Линия клеток с моделью болезни Хантингтона ведет себя именно так, как мы предполагали, - говорит Росс, - Многие утверждали, что мы никогда не получим в пробирке модель нейродегенеративного заболевания, подобного этому. Теперь у нас есть клетки, мы можем их исследовать и тестировать на них препараты».

Нарушения, являющиеся причиной развития болезни Хантингтона, возникают из-за мутации в гене хантингтина (HTT), в результате которой вырабатывается аномальная токсичная форма белка. Несмотря на то, что все клетки больного человека содержат мутацию, болезнь Хантингтона затрагивает в основном срединные шипиковые нейроны в стриатуме – части переднего отдела головного мозга, которая координирует движения, мысли и эмоции. По мнению ученых, возможность работать непосредственно на нейронах человека – это лучший способ установить, почему эти специфические клетки подвержены клеточному стрессу и дегенерации и, таким образом, найти способ остановить развитие БХ.

Большинство работ по исследованию заболевания проводится на мышах. Несмотря на то, что модели на животных полезны для выяснения некоторых особенностей заболевания, по словам исследователей, они не могут сравниться с возможностями, которые дает исследование нарушений настоящих нейронов пациента.

Многие годы ученых воодушевляли перспективы прорыва в лечении заболеваний при помощи стволовых клеток, имеющих огромный потенциал для превращения в различные типы клеток. В последние годы ученые смогли создать иПСК, которые получают путем генетического репрограммирования зрелых клеток обратно в стволовое состояние. На этой стадии в соответствующих условиях клетки могут развиваться более чем в 200 типов клеток человеческого тела.

По материалам Johns Hopkins Medical Institutions

Оригинальная статья:
The HD iPSC Consortium. Induced Pluripotent Stem Cells from Patients with Huntington's Disease Show CAG-Repeat-Expansion-Associated Phenotypes. Cell Stem Cell, 2012; DOI: 10.1016/j.stem.2012.04.027