Учёные открыли новый метод регуляции клеточной пластичности
Клеточная пластичность — это свойство, позволяющее клетке приобретать различные и обратимые идентичности. Она необходима для развития эмбриона и правильной работы иммунной системы. Это свойство также играет ключевую роль в раке, так как многие раковые клетки используют его для приобретения устойчивости к химиотерапии, инвазии и колонизации отдалённых частей тела.
Под руководством исследователя ICREA Мануэля Серрано учёные из Лаборатории клеточной пластичности и болезней Института биомедицинских исследований в Барселоне (IRB Barcelona) обнаружили способ регулировать эту пластичность, «блокируя» пластичные клетки в одном из их возможных состояний.
«Идентичность каждого типа клеток определяется конкретной программой экспрессии генов. Особенность пластичных клеток в том, что, помимо генов своей идентичности, они могут в низких количествах экспрессировать гены, принадлежащие другим идентичностям. Этот своего рода "фоновый шум" позволяет им в определённый момент изменить идентичность, и то, что было "фоновым шумом", становится доминирующей генетической программой», — объясняет Серрано.
Регуляция экспрессии генов для модуляции пластичности
До сих пор методы блокировки клеточной пластичности основывались на ингибировании некоторых внешних стимулов, получаемых клетками. Но такие подходы часто несовместимы с делением клеток и могут в конечном итоге повредить сами клетки.
Новый метод, разработанный лабораторией Серрано при поддержке фонда "la Caixa", фокусируется на глубинном механизме, регулирующем экспрессию генов. Он не влияет на жизнеспособность клеток и полностью обратим. Ключом к этому новому подходу является ингибирование белка CDK8.
«Мы наблюдали, что ингибирование CDK8 усиливает экспрессию генов, определяющих клеточную идентичность, и это происходит за счёт выключения "фонового шума" альтернативных идентичностей. Таким образом, клетки фиксируются в конкретной идентичности и теряют свою пластичность», — говорит Сиан Дж. Линч, первый автор исследования и постдокторант той же лаборатории.
Важные последствия для биомедицины
Возможность регулировать клеточную пластичность может иметь множество преимуществ в контексте биомедицинских исследований, позволяя изучать все процессы, в которых пластичность является ключевым элементом, такие как рак и развитие эмбриона. Данное исследование было сосредоточено на эмбриональных стволовых клетках. Высокая пластичность этих клеток делает их чрезвычайно привлекательными для применения в клеточной терапии. Однако эта же пластичность представляет реальную проблему при культивировании таких клеток в лаборатории.
«Из-за внутренней пластичности эмбриональных стволовых клеток лабораторные культуры получаются высокогетерогенными, а предыдущие методы снижения пластичности были очень вредны для клеток. Это была практическая проблема без очевидного решения», — говорит Ракель Бернад, соавтор исследования, только что защитившая докторскую диссертацию. Исследователи продемонстрировали, что можно культивировать эмбриональные стволовые клетки в присутствии ингибитора CDK8, делая культуру менее пластичной, более однородной и не повреждая клетки. Этого не удавалось достичь до сих пор. Простое удаление ингибитора CDK8 восстанавливает пластичность клеток.
Кроме того, учёные из других лабораторий отметили, что этот новый метод может иметь значение при аутоиммунных заболеваниях, в которых пластичность Т-клеток заставляет их переходить в чрезмерно активное состояние, приводящее к обострённому иммунному ответу.
Что касается онкологии: «Известно, что клеточная пластичность является ключевым фактором, лежащим в основе устойчивости к химиотерапии. Блокируя клеточную пластичность, мы надеемся улучшить реакцию на химиотерапию, добиваясь более однородных и длительных ответов», — добавляет Серрано.