Исследователи превратили клетки кожи в нервные предшественники, минуя стадию стволовых клеток
Клетки кожи мыши можно напрямую преобразовать в клетки, которые становятся тремя основными частями нервной системы. Это достижение — развитие предыдущего исследования той же группы, показавшего, что клетки кожи мыши и человека можно напрямую превращать в функциональные нейроны.
Успехи метода прямой конверсии могут опровергнуть идею о том, что плюрипотентность (способность стволовых клеток становиться почти любой клеткой тела) необходима для превращения одного типа клеток в другой. Результаты повышают вероятность того, что исследования эмбриональных стволовых клеток и метод индуцированной плюрипотентности могут быть заменены более прямым способом получения специфических типов клеток для терапии или исследований.
Новое исследование, опубликованное 30 января в Proceedings of the National Academy of Sciences, — значительный шаг вперёд по сравнению с предыдущей работой, так как преобразует клетки кожи в клетки-предшественники нейронов, а не в зрелые нейроны. Эти клетки-предшественники могут дифференцироваться не только в нейроны, но и в два других основных типа клеток нервной системы: астроциты и олигодендроциты. Помимо большей универсальности, новые клетки-предшественники имеют ещё одно преимущество: их можно культивировать в лаборатории в больших количествах, что критически важно для их долгосрочной полезности в трансплантации или скрининге лекарств.
В исследовании превращение клеток кожи в клетки-предшественники нейронов происходило с высокой эффективностью примерно за три недели после добавления всего трёх транскрипционных факторов (Brn2, Sox2 и FoxG1). Это означает, что однажды может стать возможным генерировать для трансплантации разнообразные клетки нервной системы, идеально подходящие конкретному пациенту.
«Мы в восторге от перспектив потенциального медицинского использования этих клеток», — сказал старший автор исследования Мариус Верниг. — «Мы показали, что клетки могут интегрироваться в мозг мыши и производить недостающий белок, важный для проведения электрического сигнала нейронами. Однако необходима дополнительная работа, чтобы получить аналогичные клетки из человеческой кожи и оценить их безопасность и эффективность».
В то время как многие исследования посвящены использованию плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток, их забор из эмбриона и последующая трансплантация пациенту могут быть затруднительны из-за генетического несоответствия. Альтернативная техника — индуцированная плюрипотентность — предполагает возврат специализированных клеток в недифференцированное стволовое состояние, а затем их повторную специализацию.
Ранее считалось, что для смены типа клетки необходимо сначала войти в состояние индуцированной плюрипотентности или начать с эмбриональной стволовой клетки. Однако работа лаборатории Вернига в 2010 году показала, что возможно прямое преобразование одного «взрослого» типа клеток в другой с помощью специализированных транскрипционных факторов — процесс, известный как трансдифференцировка.
«Прямая конверсия имеет ряд преимуществ, — сказал первый автор исследования, аспирант Эрнесто Лухан. — Она происходит со сравнительно высокой эффективностью и создаёт довольно однородную популяцию клеток. В отличие от этого, клетки, полученные из iPS-клеток, необходимо тщательно проверять, чтобы удалить оставшиеся плюрипотентные клетки». Плюрипотентные клетки могут вызывать рак при трансплантации.
Успех в преобразовании клеток кожи в нейроны подтолкнул учёных попытаться получить более универсальные клетки-предшественники нейронов (NPC). Используя вирус для доставки факторов, они обнаружили, что около 10% клеток кожи стали вести себя как NPC. Методом проб и ошибок они сократили первоначальный набор из 11 транскрипционных факторов до трёх. Клетки кожи, экспрессирующие эти три фактора, стали индуцированными клетками-предшественниками нейронов (iNPC), способными дифференцироваться в нейроны, астроциты и олигодендроциты.
При пересадке в мозг новорождённых мышей, лишённых способности образовывать миелин, iNPC дифференцировались в олигодендроциты и начали покрывать нейроны животных миелином через 10 недель.
«Не только в лаборатории эти клетки выглядят функциональными, они также, по-видимому, способны appropriately интегрироваться в in vivo модель животного», — сказал Лухан.
Учёные сейчас работают над воспроизведением результатов с клетками кожи взрослых мышей и людей. Пока до экспериментов по трансплантации человеку далеко, но способность быстро и эффективно генерировать клетки-предшественники нейронов, которые можно выращивать в больших количествах, будет полезна для изучения болезней и скрининга лекарств.