Перепрограммированные клетки «помнят» и сохраняют характеристики клеток-предшественников
Ученые из Центра регенеративной медицины Массачусетской больницы общего профиля (MGH) подтвердили, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs) сохраняют некоторые характеристики клеток, из которых они были получены. Это может как помогать, так и препятствовать их потенциальному клиническому и исследовательскому применению. В отчете, который будет опубликован в Nature Biotechnology, исследователи также описывают, что эти клеточные «воспоминания» ослабевают и исчезают по мере культивирования клеточных линий в последующих поколениях.
Клеточная память и дифференцировка
«Вопрос о том, насколько точно iPSCs могут быть перепрограммированы в истинно эмбриональное состояние, давно обсуждается. Мы обнаружили, что клетка-предшественник влияет на способность iPSCs дифференцироваться in vitro в определенные типы клеток», — говорит Конрад Хохедлингер, PhD, руководивший исследованием. «Но когда культивируемые iPSCs проходят множество циклов деления, они теряют эту память».
Параллельное исследование ученых из Бостонской детской больницы, опубликованное одновременно в журнале Nature, также показывает, что клеточная «память» влияет на потенциал дифференцировки iPSCs. В нем сравнивались iPSCs с клетками, полученными путем переноса ядра соматической клетки (NT) — техникой, используемой для клонирования животных. Выяснилось, что NT-клетки ближе к эмбриональным стволовым клеткам, чем iPSCs. «Нам еще предстоит изучить механизмы, с помощью которых перенос ядра перепрограммирует клетки, поскольку этот процесс, по-видимому, работает эффективнее и точнее и может научить нас создавать лучшие iPS-клетки», — отмечает Джордж Дейли, MD, PhD, руководивший этим исследованием.
Экспериментальные доказательства
Чтобы проверить, сохраняются ли паттерны экспрессии генов клетки-донора, команда MGH изучила клетки генетически идентичных мышей, первоначально полученных из iPSCs. Были обнаружены различия в экспрессии генов между iPSCs, полученными из разных типов клеток (кожных клеток, двух типов иммунных клеток и клеток-предшественников мышц) одного и того же животного. Различия, основанные на типе клетки-предшественника, оказались даже больше, чем различия, основанные на индивидуальных особенностях животного.
Также были выявлены значительные сходства между iPSCs и клетками-предшественниками в факторах, связанных с эпигенетическим контролем экспрессии генов. Кроме того, потенциал дифференцировки iPSCs в определенные типы клеток различался: iPSCs, происходящие из иммунных клеток или клеток-предшественников мышц, было гораздо легче направить на формирование клеток-предшественников крови, чем iPSCs, полученные из клеток кожи.
Стирание памяти при пассировании
Долгосрочное культивирование клеток требует регулярного расщепления культур и переноса их в новые чашки (процесс пассирования). Эксперименты подтвердили, что различия, основанные на происхождении клеток — как на уровне транскрипции, так и эпигенетические — становятся менее выраженными при последующих пассажах и полностью исчезают к 16-му пассажу.
«Полное перепрограммирование клеток, по-видимому, является постепенным процессом, который продолжается и после стадии iPSC, что может объяснять многие из сообщаемых различий между iPSCs и эмбриональными стволовыми клетками», — говорит Хохедлингер. — «Склонность iPSCs ранних пассажей к регенерации определенных типов клеток может иметь клинические преимущества. Но это также имеет значение для использования iPSCs для моделирования заболеваний, поскольку нам нужно будет убедиться, что различия между клетками, полученными от пациентов и здоровых доноров, действительно отражают болезненный процесс, а не эту клеточную память о происхождении».