Пятьдесят лет назад британский исследователь Джон Гэрдон продемонстрировал, что генетический материал из не репродуктивных клеток может быть перепрограммирован в эмбриональное состояние при переносе в яйцеклетку. В 2006 году исследователь из Киотского университета Синья Яманака расширил эти открытия, экспрессируя четыре белка в соматических клетках мыши, чтобы перемотать их генетические часы, превратив их в эмбрионоподобные стволовые клетки, называемые индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками или iPS-клетками.
Связанные изображения
Производство
В начале клеточного репрограммирования регуляторные белки генов Oct 4 (O), Sox2 (S) и Klf4 (K) входят в хромосомы в молчащих генах и позволяют связываться с c-Myc (M). Однако есть большие хромосомные домены, которые содержат определенные эпигенетические метки (красные треугольники), которые препятствуют связыванию O, S, K, M. Стирание меток позволяет регуляторным белкам связываться и способствует процессу перепрограммирования клеток.
Фото: Кеннет Зарт, доктор философии, Медицинская школа Перельмана, Пенсильванский университет.
Ссылки по теме
Медицинский факультет Перельмана при Пенсильванском университете
Система здравоохранения Пенсильванского университета
В начале октября Гурдон и Яманака были удостоены Нобелевской премии 2012 года по физиологии и медицине за свои открытия. Теперь, благодаря аккуратной детективной работе группы ученых под руководством Кеннета Зарет, доктором философии, в Перельмане школе медицины университета Пенсильвании , исследователи могут лучше понять, как плюрипотентная клетка образует - и почему процесс Яманака настолько неэффективен, важный шаг на пути к регенеративной медицине. Зарет - заместитель директора Института регенеративной медицины Пенсильвании и профессор клеточной биологии и биологии развития.
Результаты, опубликованные в выпуске журнала Cell за 22 ноября , раскрывают клеточные препятствия на пути развития iPS-клеток, которые, если их преодолеть, могут значительно повысить эффективность и скорость генерации iPS-клеток.
«Эти исследования дают подробное представление о том, как факторы репрограммирования взаимодействуют с хроматином дифференцированных клеток и запускают их на пути к превращению в стволовые клетки», - сказала Сьюзан Хейнс, доктор философии Национального института общих медицинских наук, который частично профинансировал работу. «Доктор Работа Зарета также определила основной структурный барьер в хроматине, который факторы должны преодолеть, чтобы связать ДНК. Эти знания помогут повысить эффективность перепрограммирования, что важно для любых будущих терапевтических применений ».
IPS-клетки человека образуются путем экспрессии четырех ДНК-связывающих белков - Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc (O, S, K и M) - в человеческих нерепродуктивных или соматических клетках, таких как клетки кожи. Эти факторы вызвали большой интерес в сообществе стволовых клеток и медицины, не в последнюю очередь потому, что они предлагают перспективу эмбриональных стволовых клеток без каких-либо сложных этических и моральных дилемм. Не менее важно то, что индивидуальные для пациента iPS-клетки от людей с генетическими нарушениями можно использовать для изучения происхождения болезни и разработки лекарств для ряда состояний, таких как болезни Хантингтона и Паркинсона.
Тем не менее, процесс создания ячеек iPS крайне неэффективен. Чтобы полностью перепрограммировать соматические клетки в iPS-клетки, может потребоваться месяц, и лишь одна из 10 000 клеток, принимающих четыре фактора, успешно конвертируется. Более того, некоторые исследования показывают, что при всей своей пластичности iPS-клетки не совсем эквивалентны эмбриональным стволовым клеткам. Зарет вместе с докторантом Пенна Абденуром Суфи, доктором философии , и биоинформатиком Грегом Донахью, доктором философии , решили выяснить, почему.
