Исследователи разработали эффективный белковый метод создания iPS-клеток
Превращение обычной клетки кожи в универсальную плюрипотентную стволовую клетку — достижение, отмеченное Нобелевской премией по физиологии или медицине. Синъя Яманака показал, что добавление с помощью вируса всего четырех генов позволяет клетке кожи стать плюрипотентной. Однако терапевтическое использование таких индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) ограничено риском ракового перерождения из-за встраивания генов.
Ученые из Медицинской школы Стэнфордского университета разработали более эффективный и безопасный способ создания iPS-клеток, используя только белки, которые кодируют эти гены.
Роль вируса в репрограммировании
Предыдущие попытки белкового метода были гораздо менее эффективны, чем вирусный. Успех стэнфордских исследователей связан с неожиданным открытием: вирус в исходном методе критически важен не только для доставки генов.
«Считалось, что вирус служит просто "троянским конем" для доставки генов в клетку. Теперь мы знаем, что вирус заставляет клетку "разрыхлить" хроматин и сделать ДНК доступной для изменений, необходимых для возврата в плюрипотентное состояние», — пояснил старший автор исследования Джон Кук, профессор медицины.
Исследование будет опубликовано 26 октября в журнале Cell.
Механизм «трансфламмации»
Ученые обнаружили, что при контакте с патогеном (вирусом) клетка активирует врожденный иммунный ответ, чтобы адаптироваться. Частью этого ответа является увеличение доступа к своей плотно упакованной ДНК. Это позволяет белкам, индуцирующим плюрипотентность, модифицировать ДНК и превращать специализированную клетку в аналог эмбриональной стволовой клетки.
Этот процесс, при котором клетка активирует иммунный ответ, подобный воспалению, в присутствии вирусного генетического материала, исследователи назвали «трансфламмацией».
Ключевой эксперимент
Изначально эффективность репрограммирования с помощью клеточно-проницаемых белков была низкой. Прорыв произошел, когда ученые сравнили паттерны экспрессии генов в клетках, обработанных белками, и клетках, инфицированных вирусом: они сильно различались.
Когда к белкам добавили нерелевантный вирус, эффективность превращения в плюрипотентное состояние резко возросла. Дальнейшее исследование показало, что эффект обусловлен активацией внутри клетки пути toll-подобного рецептора-3 (TLR-3). Запуск этого пути с помощью небольшой молекулы, имитирующей вирусный генетический материал, давал аналогичный результат.
Преимущества и перспективы метода
«Эти белки не интегрируются [в геном], поэтому нам не нужно беспокоиться о вирус-индуцированном повреждении генома хозяина», — отметил Кук.
Белковый метод также обеспечивает больший контроль над процессом репрограммирования и открывает путь к использованию iPS-клеток в терапии человека.
«Теперь, когда мы понимаем, что клетка приобретает большую пластичность при встрече с патогеном, мы можем использовать эту информацию для дальнейших манипуляций, например, для индукции прямого репрограммирования», — сказал Кук.
Прямое репрограммирование позволяет превратить одну специализированную клетку (например, кожи) в другой тип клеток (например, нейрон), минуя промежуточную плюрипотентную стадию.