Стирание клеточной памяти: сброс человеческих стволовых клеток к базовому состоянию

Ученые из Института Бэбрахама в сотрудничестве с коллегами из Кембриджского института стволовых клеток и Европейского института биоинформатики опубликовали в журнале Cell результаты, дающие надежду на возможность получения базовых, наивных человеческих стволовых клеток для будущих медицинских применений. Исследование показывает, что человеческие стволовые клетки можно вернуть в базовое состояние, лишив их характеристик, маркирующих принадлежность к конкретной клеточной линии, и восстановив идентичность неспециализированных клеток с неограниченным потенциалом (плюрипотентностью) к развитию в любой тип клеток.

Основные исследователи, базирующиеся в Wellcome Trust-Medical Research Council Stem Cell Institute в Кембридже, вернули человеческие стволовые клетки в плюрипотентное состояние. Предыдущие работы на мышах описали характеристики базовых мышиных стволовых клеток, и группа смогла показать, что эти характеристики в значительной степени присущи и ресетнутым человеческим плюрипотентным стволовым клеткам, что подтвердило их возврат в наивное состояние.

Часть этого анализа включала изучение эпигенетической регуляции в базовых человеческих стволовых клетках. Этот анализ выполнили д-р Габриэлла Фич, профессор Вольф Райк и их коллеги из поддерживаемого BBSRC Института Бэбрахама в Кембридже. Эпигенетика относится к набору модификаций ДНК, влияющих на экспрессию генов, но не основанных на последовательности. Например, химические метильные метки на ДНК могут заглушать экспрессию генов. Клетки приобретают эпигенетические маркеры по мере обретения определенной идентичности. Поэтому клетки раннего эмбриона демонстрируют низкий уровень метилирования, соответствующий отсутствию приверженности конкретной клеточной судьбе. В прошлом году группа из Бэбрахама обнаружила масштабную потерю метилирования в геноме ресетнутых мышиных эмбриональных стволовых клеток.

Фич и Райк смогли показать, что в целом ресетнутые человеческие стволовые клетки демонстрируют потерю метильных меток по всему геному; по сути, их эпигенетическая память была стерта. Этот низкий уровень метилирования ДНК продемонстрировал их сходство с клетками раннего эмбриона и, таким образом, стал сильным указанием на восстановленную плюрипотентность.

Д-р Габриэлла Фич, проводившая эпигенетический анализ клеток в качестве постдока в группе профессора Райка: «Это исследование приближает нас на шаг к конечной цели регенеративной медицины — использованию клеток, полученных от пациента, чтобы избежать иммунного отторжения в клеточной и органозаместительной терапии. Речь идет о том, чтобы выяснить, что нужно клетке для выживания и размножения, убедившись при этом, что она потеряла память о ткани, из которой произошла. Оба условия должны быть выполнены для успешного использования эмбриональных стволовых клеток в создании тканей».

Профессор Вольф Райк, руководитель группы в Институте Бэбрахама: «Мы можем сравнить это репрограммирование с наделением клеток амнезией, чтобы они забыли все предыдущие решения о развитии, которые они приняли. Возвращение их в это состояние означает, что мы можем затем контролировать их клеточные решения, позволяя генерировать нужные типы клеток. Эта область имеет огромный медицинский потенциал, например, возможность предоставить пациенту ресетнутые стволовые клетки, которые, мы можем быть уверены, разовьются в правильный тип клеток по мере необходимости, например, в нервные клетки».

Профессор Майкл Уэйклэм, директор Института Бэбрахама: «Это исследование — огромный шаг вперед в ответах на вопросы о том, можно ли вернуть человеческие стволовые клетки в исходное состояние и насколько возможно поддерживать плюрипотентность. Это также отличная демонстрация важности совместных исследований, максимально использующих обширный и взаимодополняющий опыт, который можно найти в Кембридже».

Вклад Института Бэбрахама в это исследование был поддержан Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC) и Wellcome Trust.