Учёные создали эмбриональные стволовые клетки человека с усиленной плюрипотентностью
Исследователи из Института Уайтхеда преобразовали уже существующие индуцированные плюрипотентные стволовые (iPS) клетки человека и эмбриональные стволовые (ES) клетки человека в базовое состояние с большей плюрипотентностью.
«Это ранее неизвестное плюрипотентное состояние в человеческих клетках, — говорит постдокторант Джейкоб Ханна. — Впервые эти типы клеток приблизились к гибкости, обнаруженной в мышиных ES-клетках».
ES- и iPS-клетки привлекают внимание из-за их способности превращаться практически в любой тип клеток тела. Поскольку этические и юридические вопросы затрудняют исследования человеческих ES-клеток, мышиные клетки стали более удобной платформой. Однако мышиные и человеческие ES-клетки различаются, и прорывы в мышиной науке могут не воспроизводиться на человеческих клетках.
Мышиные ES- и iPS-клетки относительно легко генетически модифицировать и предотвращать их дифференцировку. Человеческие же клетки экспрессируют другие гены и зависят от других сигнальных путей для роста, что делает работу с ними сложнее.
Из-за этих различий мышиные ES- и iPS-клетки называют «наивными», а человеческие, находящиеся на грани созревания, — «приготовленными» к дифференцировке.
Ханна предположил, что это «приготовленное» состояние человеческих клеток может быть связано с методом их создания и хранения. Для получения линии ES-клеток их извлекают из раннего эмбриона — бластоцисты (80–100 клеток), — а затем помещают в сыворотку с другими клетками, чтобы поддерживать жизнь и предотвращать дифференцировку.
Для создания iPS-клеток в геном взрослых клеток вставляют три-четыре гена, которые перепрограммируют их в эмбриональноподобное состояние. Их также поддерживают в сыворотке. Несмотря на идентичные методы работы, человеческие клетки неизбежно оказываются в «приготовленном» состоянии, возможно, из-за какого-то шага в процессе, который слегка подталкивает их к дифференцировке.
Чтобы проверить, можно ли придать человеческим ES- и iPS-клеткам свойства мышиных, Ханна вставил два гена, используемых для создания iPS-клеток, в уже существующие линии человеческих ES- и iPS-клеток и добавил в сыворотку факторы роста. Через три недели человеческие клетки стали морфологически и биохимически похожи на мышиные аналоги.
«Это было очень захватывающе, — говорит профессор Рудольф Яниш. — Но процесс требовал экспрессии вставленных генов, а это не то, что было нужно. Нужно было обойтись без вставки генов».
Поскольку случайная вставка генов может вызывать рак или гибель клеток, Ханна протестировал сотни малых молекул, чтобы найти те, которые имитируют функцию вставленных генов. В итоге он нашёл коктейль из четырёх молекул, который преобразует человеческие ES- и iPS-клетки в «наивное» состояние, характерное для мышиных ES-клеток.
Несмотря на открытие, о человеческих ES-клетках в этом «наивном» состоянии известно очень мало.
«Я думаю, это действительно открывает новые возможности и позволяет нам определить биологические свойства этих новых клеток, — говорит Яниш. — Например, мы можем изучить, улучшилась ли в новых "наивных" человеческих ES-клетках эффективность генного таргетирования, которая высока в мышиных ES-клетках, но крайне низка в традиционных человеческих».
Это направление важно не только для учёных, но и для потенциального терапевтического применения человеческих ES- и iPS-клеток.
«Из-за всех различий между человеческими и мышиными ES-клетками крайне важно понять их основу, прежде чем переходить к терапевтическому применению, — говорит Ханна. — Нам нужно заново изучить биологию и потенциал дифференцировки человеческих ES- и iPS-клеток».