Группа специалистов Центра биологии развития при институте RIKEN (Кобэ, Япония) под руководством Чарльза Ваканти (Charles Vacanti) из Гарвардской школы медицины сделали революционное открытие, могущее иметь далеко идущие последствия для регенеративной медицины, лечения онкологических заболеваний и клонирования человека.
Они открыли сравнительно быстрый и простой способ превращения зрелых клеток организма в эмбриональные стволовые клетки, обладающие свойствами тотипотентности — способностью дифференцироваться в любые клетки организма, и экспериментально подтвердили это достижение. Результаты своей работы ученые обнародовали 29 января в двух публикациях в журнале Nature.
В 2012 году Синья Яманака (Shinya Yamanaka) и Джон Гердон (John Gurdon) получили Нобелевскую премию по медицине за лабораторные эксперименты по перепрограммированию зрелых клеток кожи мыши в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), т.е. незрелые клетки, способные специализироваться в клетки всех типов, присутствующих во взрослом организме, путем внесения в них четырех генов (факторов Яманаки). Но клиническое применение iPSC пока тормозится из-за сомнений в безопасности метода.
Одно из опасений связано, в частности, с результатами, полученными в экспериментах на мышах, где перепрограммированные клетки запускали иммунный ответ. Кроме того, озабоченность у специалистов вызывает возможный неконтролируемый и злокачественный рост вносимых клеток, триггером для которого могут стать «факторы Яманаки». Группа Ваканти открыла иной способ перепрограммирования взрослых клеток в эмбриональные, не требующий индуцирования ядерно-цитоплазматического транспорта, внесения факторов транскрипции и других внешних вмешательств в клеточную ДНК – помещение клеток в стрессовую ситуацию, такую, как агрессивная кислая среда. Как рассказала журналу NewScientist один из авторов, Харуко Обоката (Haruko Obokata), идея о том, что подобный метод может сработать на клетках млекопитающих, пришла в связи с феноменом, наблюдаемым в мире растений, где под влиянием резко неблагоприятных факторов внешней среды обычная клетка может превратиться в незрелую, из которой затем развивается новое растение. Кроме того, известно, что подобной способностью обладают некоторые виды зрелых клеток у рептилий и птиц.
Обоката и ее коллеги использовали в своих экспериментах специально выведенную линию мышей – носителей гена, обеспечивающего зеленое свечение в присутствии белка Oct-4, специфичного для плюрипотентных клеток.
Ученые взяли образцы крови из селезенки таких мышей, возраст которых составлял одну неделю, выделили лимфоциты и подвергли их химическому стрессу, поместив на полчаса в кислоту, уровень pH которой составлял 5,7.
В результате некоторые клетки погибли, а выжившие на второй день после стрессового воздействия начали светиться зеленым светом, демонстрируя начало синтеза Oct-4. Через неделю две трети выживших клеток показывали присутствие этого маркера плюрипотентности, а также и других биомаркеров этого состояния (для iPSC, получаемых методом Яманаки, для достижения этой стадии требуется четыре недели). Авторы назвали открытый ими феномен stimulus-triggered acquisition of pluripotency (стимулированное приобретение свойства плюрипотентности, STAP), а получающиеся плюрипотентные клетки — STAP-клетками.
Анализ показал, что речь в данном случае идет именно о перепрограммировании зрелых лимфоцитов в незрелые клетки – в STAP-клетках было отмечено существенное снижение уровня метилирования ДНК в регуляторных регионах генов-маркеров плюрипотентности. Харуко Обоката. Фото с сайта cdb.riken.jp
Для экспериментальной проверки плюрипотентных свойств STAP-клеток авторы ввели их в бластоцисту (раннюю стадиюразвитиямышиногоэмбриона). Эмбрионы затем развились во взрослых мышей, в каждом виде тканей которого присутствовали STAP-клетки, что свидетельствует об их способности дифференцироваться.
Такие мыши дали потомство, в тканях которого также присутствовали STAP-клетки, демонстрируя свою способность трансформироваться в половые клетки и передаваться по наследству. STAP-клетки также успешно прошли еще один тест на плюрипотентность, показав, что зрелые клетки под влиянием эпигенетических факторов внешней среды вернулись на ступень назад в своем эволюционном развитии: будучи введенными взрослым мышам, они сформировали у них тератомы — опухоли из эмбриональных клеток.
Группа Ваканти также обнаружила, что под влиянием факторов роста STAP-клетки способны к бурной пролиферации без хромосомных аномалий.
Ученые назвали такие модифицированные клетки стволовыми STAP-клетками.
Будучи введенными в бластоцисту, которая затем имплантирована в организм взрослой мыши, стволовые STAP-клетки, в отличие от обычных эмбриональных стволовых клеток, дифференцировались в клетки как эмбриональной, так и в плацентарной ткани. Такие результаты, считают авторы, говорят об уникальном уровне плюрипотентности STAP-клеток.
Как полагает Хосе Сильва (Jose Silva), специалист по стволовым клеткам из Кембриджского университета, речь в данном случае идет о тотипотентности, поскольку в природе способность дифференцироваться как в эмбриональную, так и в плацентарную ткань демонстрируют только клетки-прекурсоры эмбриональных стволовых клеток в первые моменты после зачатия.
Как отмечают другие эксперты, опрошенные журналом, в случае подтверждения тотипотентности STAP-клеток, это их свойство в сочетании с простотой и скоростью их получения может означать прорыв в клонировании человека.
Обоката, однако, подчеркнула, что открытие, сделанное группой, должно способствовать прогрессу не в сфере клонирования, а в терапии рака и регенеративной медицине.
В настоящее время ученые начали эксперименты с человеческими клетками с целью определения эпигенетических факторов, способствующих их перепрограммированию, и возможностей регулирования этого процесса.
