Внешнее перепрограммирование: исследование антител указывает на лучший способ получения стволовых клеток

Учёные из Института Скриппс (TSRI) нашли новый подход к «перепрограммированию» обычных взрослых клеток в стволовые.

В исследовании, опубликованном в Advance Online в Nature Biotechnology, учёные проскринировали библиотеку из 100 миллионов антител и обнаружили несколько, которые помогают перепрограммировать зрелые клетки, подобные кожным, в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК).

Создание ИПСК из более зрелых типов клеток обычно требует вставки четырёх генов факторов транскрипции в ДНК. Обнаруженные антитела можно применять к зрелым клеткам — где они связываются с белками на поверхности клетки — в качестве замены для трёх из стандартных вставок генов факторов транскрипции.

«Этот результат предполагает, что в конечном итоге мы сможем создавать ИПСК, ничего не помещая в ядро клетки, что потенциально означает меньше мутаций и лучшие свойства у таких стволовых клеток», — говорит старший автор Кристин Болдуин.

ИПСК можно создавать из собственных клеток пациентов, и они имеют множество потенциальных применений в персонализированной клеточной терапии и регенерации органов. Однако ни одно из клинических применений ещё не реализовано, отчасти из-за рисков, связанных с их получением.

Стандартная процедура индукции ИПСК, известная как OSKM, включает вставку генов четырёх факторов транскрипции: Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Проблемы метода:

1. Вирусная вставка или избыточная продукция факторов может повредить ДНК и привести к раку.
2. Перепрограммирование обычно даёт набор ИПСК с переменными свойствами.

В отличие от этого, во время обычного развития организма идентичность клеток изменяется внешними сигналами, которые индуцируют изменения в активности генов без вставки ДНК.

Чтобы найти такие естественные пути, лаборатории Болдуин и Ричарда Лернера объединились. Они создали библиотеку из ~100 млн различных антител, чтобы найти те, что могут заменить факторы OSKM.

Ход исследования:

1. Учёные попытались найти антитела, заменяющие Sox2 и c-Myc. Они взяли популяцию мышиных фибробластов, вставили гены Oct4 и Klf4, а затем добавили огромную библиотеку генов антител.
2. Наблюдая, какие клетки начали формировать колонии стволовых клеток, и секвенируя их ДНК, исследователи определили ответственные антитела.

Результаты:

• Обнаружены два антитела, заменяющие Sox2 и c-Myc.
• Обнаружены два антитела, заменяющие Oct4.
• Учёные показали, что можно просто добавлять эти антитела в культуру фибробластов вместо вставки генов.
• Антитела, заменяющие четвёртый фактор, Klf4, найдены не были, но поиск продолжается.

Механизм действия:

Одно из антител, заменяющих Sox2, связывается с белком на мембране клетки Basp1. Это блокирует нормальную активность Basp1 и снимает ограничения с фактора транскрипции WT1 в ядре. Активированный WT1 изменяет активность множества генов, в конечном итоге включая Sox2, чтобы способствовать состоянию стволовой клетки, используя иной порядок событий, чем исходные факторы перепрограммирования.

WT1 (Wilms tumor 1) сверхэкспрессируется при некоторых раках и считается онкогеном, что помогает изучать связь между развитием рака и состоянием стволовой клетки.

Учёные TSRI теперь планируют более масштабные скрининговые исследования с использованием человеческих, а не мышиных клеток.