Идентифицирован белок, необходимый для создания стволовых клеток

Исследователи из Школы медицины обнаружили новый белок, критически важный для производства индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток).

Белок NKX3-1, ранее известный своей ролью в развитии простаты и подавлении опухолей, может заменить один из четырёх белков (факторов Яманаки), идентифицированных в 2007 году Синъя Яманакой как достаточных для превращения зрелых клеток (например, кожи или крови) в iPS-клетки. Этот процесс называется репрограммированием.

Открытие, опубликованное 16 июля в Nature Cell Biology, позволяет заглянуть в "чёрный ящик" клеточного репрограммирования и может привести к новым способам генерации iPS-клеток в лаборатории. Его сделали возможным благодаря уникальной модели репрограммирования, которая строго синхронизирует самые ранние этапы процесса.

"Это ключевой регулятор, который не был бы обнаружен другим способом, — говорит профессор Хелен Блау, старший автор исследования. — Он появляется в течение двух часов после начала репрограммирования, а затем исчезает. Но он абсолютно критичен. Если мы его устраним, репрограммирования не произойдёт".

Ведущий автор — постдокторант Тхач Май.

Надежды на более безопасные клетки

Четыре фактора Яманаки — Oct4, Sox2, cMyc и Klf4 — были выбраны из-за их высокой экспрессии в эмбриональных стволовых клетках. Однако cMyc и Oct4 являются онкогенами и могут вызывать рак при сверхэкспрессии. Понимание механизмов репрограммирования может помочь найти новые, более безопасные для клинического использования способы генерации стволовых клеток.

Изучение ранних этапов было сложным, так как успешно репрограммируется лишь ~1 из 1000 клеток, и процесс происходит асинхронно.

Уникальная модель исследования

Чтобы преодолеть это ограничение, Май использовал модель клеточного слияния (гетерокарионы), объединив человеческие фибробласты кожи с мышиными эмбриональными стволовыми клетками. Это позволило быстро и предсказуемо репрограммировать ядро фибробласта по чёткому временному графику.

Используя эту модель, исследователи обнаружили, что:

• NKX3-1 экспрессируется примерно через два часа после начала репрограммирования, но быстро исчезает.
• Если блокировать экспрессию NKX3-1, факторы Яманаки теряют способность репрограммировать фибробласты.
• Внешне добавленный NKX3-1 может заменить Oct4 для репрограммирования клеток без потери эффективности.
• NKX3-1 необходим для запуска экспрессии клеткой собственного белка Oct4 и других генетических изменений, облегчающих репрограммирование.

Дальнейшие планы

Теперь Блау и её коллеги, в сотрудничестве с доцентом Аншулом Кундаже, планируют продолжить изучение ранних шагов репрограммирования с помощью многопланового "омиксного" подхода.

"Наша цель — изучить все аспекты регуляторной логики, или "грамматики", лежащей в основе клеточного репрограммирования в плюрипотентность, — говорит Блау. — Репрограммирование полностью меняет судьбу клетки. Мы хотим понять механистические и сигнальные пути, которые опосредуют такое замечательное изменение".