Эмбриональные стволовые клетки циклически возвращаются в «магическое» тотипотентное состояние
Ученые из Института Солка обнаружили ключевой механизм, который может помочь преодолеть препятствия на пути терапевтического использования эмбриональных стволовых (ЭС) клеток.
Суть открытия
- В статье, опубликованной в Nature, исследователи сообщают, что ЭС-клетки на ранних стадиях развития эмбриона циклически входят и выходят из «магического состояния» тотипотентности. В этом состоянии активируется набор генов, необходимых для максимальной пластичности клетки — способности превратиться в любой тип клеток тела.
- Старший автор исследования Сэмюэл Л. Пфафф объясняет: «Мы идентифицировали механизм, который возвращает эмбриональные стволовые клетки в более "юное" состояние, где они более пластичны и, следовательно, потенциально более полезны для терапии».
Роль древних вирусов
- Секвенирование РНК незрелых яйцеклеток (ооцитов) и эмбрионов мыши на двухклеточной стадии показало, что гены тотипотентности активируются ретровирусами, встроенными в геном.
- Около 8% человеческого генома состоит из таких реликтовых вирусных последовательностей. Клетки эволюционно приспособили их в качестве инструмента для регуляции своих собственных генов.
- «Эволюция сказала: "Мы сделаем лимонад из лимонов и используем эти вирусы в своих интересах"», — говорит Пфафф. Активация сотен генов с помощью остатков древних вирусов в строго определенное время дает клеткам тотипотентность.
Ключевые наблюдения
- Вирусные гены активны только в короткое строго контролируемое окно раннего эмбриогенеза.
- В культуре эмбрионов лишь редкая группа особых ЭС-клеток активировала эти вирусные гены, возвращаясь в более пластичное состояние с большим потенциалом.
- Практически все ЭС-клетки циклически проходят через это привилегированное состояние. Первый автор Тодд С. Макфарлан отмечает: «Если этот цикл предотвратить, полный спектр клеточного потенциала, по-видимому, ограничивается».
Значение для науки и медицины
- Открытие дает новое понимание базовой биологии ЭС-клеток и генетических сетей, важных для их развития.
- Принудительное введение клеток в это состояние может помочь идентифицировать гены для расширения спектра производимых тканей.
- Пфафф подчеркивает: «Чем больше мы знаем об основных требованиях, необходимых этим клеткам для генерации полного спектра типов тканей, тем лучше». Однако до практического клинического применения результатов еще «далекой путь».