Теперь, в выпуске Cell Stem Cell на этой неделе, Хуан Карлос Изписуа Бельмонте из Института Солка и его коллеги показывают, что рецепт ИПСК гораздо более универсален, чем предполагалось изначально. Впервые они заменили ген, который раньше считалось невозможным заменить, создав потенциал для более гибких рецептов, которые должны ускорить внедрение методов лечения стволовыми клетками.Стволовые клетки бывают двух типов: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые представляют собой незрелые клетки, которые никогда не дифференцировались в определенные типы клеток, и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, которые представляют собой зрелые клетки, которые были перепрограммированы обратно в недифференцированное состояние.
После первоначального открытия в 2006 году Яманака, что введения четырех разных генов в зрелую клетку может быть достаточно для перепрограммирования клетки до плюрипотентности, большинство исследователей приняли его рецепт.Изписуа Бельмонте и его коллеги использовали новый подход и обнаружили, что плюрипотентность (способность стволовых клеток дифференцироваться практически во все виды взрослых клеток) также может быть достигнута путем балансировки генов, необходимых для дифференцировки.
Эти гены кодируют «факторы транскрипции», белки, которые запускают стволовую клетку на пути к дифференцировке сначала в определенную линию или тип клеток, например, клетку крови по сравнению с клеткой кожи, а затем, наконец, в конкретную клетку, такую как как лейкоцит.«До этой серии экспериментов большинство исследователей в этой области исходили из того, что они пытались навязать зрелым клеткам« эмбрионоподобное »состояние», — говорит Изписуа Бельмонте, заведующий кафедрой Роджера Гиймена в Институте. «Соответственно, основные усилия были сосредоточены на идентификации факторов, которые типичны для естественных эмбриональных стволовых клеток, которые позволят или еще больше улучшат репрограммирование».
Впервые лаборатория Бельмонте заменила OCT4, один ген, который ранее считался незаменимым для перепрограммирования человеческих клеток в клетки, подобные эмбрионам.Несмотря на эти усилия, казалось, что не существует способа определить только с помощью генетической идентичности, что клетки являются плюрипотентными. Вместо этого плюрипотентность обычно оценивали с помощью функциональных тестов.
Другими словами, если он действует как стволовая клетка, это должна быть стволовая клетка.Это условие привело команду к ключевому выводу. «Плюрипотентность, по-видимому, не представляет собой отдельную клеточную сущность, а скорее функциональное состояние, вызванное балансом между противоположными силами дифференциации», — говорит Изписуа Бельмонте.Как только они это поняли, они поняли, что четыре дополнительных гена не нужны для плюрипотентности. Вместо этого это может быть достигнуто путем изменения баланса «спецификаторов клонов», генов, которые уже были в клетке, которые определяют, каким типом взрослой ткани может стать клетка.
«Одно из следствий наших открытий состоит в том, что идентичность стволовых клеток на самом деле не фиксирована, а скорее равновесие, которое может быть достигнуто несколькими различными комбинациями факторов, которые не обязательно типичны для ESC», — говорит Игнасио Санчо-Мартинес, один из первых авторы статьи и научный сотрудник лаборатории Изписуа Бельмонте.Группа смогла показать, что более семи дополнительных генов могут способствовать репрограммированию в ИПСК. Что наиболее важно, впервые в клетках человека они смогли заменить ген из исходного рецепта под названием Oct4, который был заменен в клетках мыши, но все еще считался необходимым для перепрограммирования человеческих клеток.
Их способность заменять его, а также SOX2, другой ген, который когда-то считался важным и который никогда не заменялся в комбинации с Oct4, продемонстрировали, что развитие стволовых клеток следует рассматривать совершенно по-новому.«Обычно предполагалось, что развитие привело к спецификации клеток / тканей путем« открытия »определенных дверей дифференциации», — говорит Эммануэль Ниве, научный сотрудник лаборатории Изписуа Бельмонте и один из первых авторов статьи, вместе с Санчо-Мартинесом и Нурия Монтсеррат из Центра регенеративной медицины в Барселоне, Испания.Вместо этого успешная замена Oct4 и SOX2 показывает обратное. «Плюрипотентность подобна комнате, в которой все двери открыты, а дифференциация достигается за счет« закрытия »дверей», — говорит Ниве. «И наоборот, перепрограммирование на плюрипотентность достигается открытием дверей».
Команда считает, что их работа должна помочь преодолеть одно из основных препятствий на пути широкого распространения методов лечения стволовыми клетками: четыре исходных гена, используемых для репрограммирования стволовых клеток, были причастны к развитию рака. «Недавние исследования рака, многие из которых были проведены моими коллегами Солком, показали молекулярное сходство между пролиферацией стволовых и раковых клеток, поэтому неудивительно, что онкогены [гены, связанные с раком] могут быть частью рецепта ИПСК, "говорит Изписуа Бельмонте.С помощью этого нового метода, который позволяет создавать индивидуальный рецепт, команда надеется продвинуть терапевтические исследования вперед. «Поскольку мы показали, что можно заменить гены, которые считаются необходимыми для репрограммирования, несколькими разными генами, которые ранее не участвовали в онкогенезе, мы надеемся, что это исследование позволит исследованиям ИПСК быстрее внедриться в клинику», — говорит Izpisua Belmonte.Другими исследователями в исследовании были Томоаки Хисида, Сачин Кумар, Юрико Хишида, Юн Ся и Консепсьон Родригес Эстебан из Института Солка; Лайя Микель и Карме Кортина из Центра регенеративной медицины в Барселоне, Испания.
Работа поддержана благотворительным фондом Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли, F.M. Фонд Кирби, Благотворительный фонд Дж.
Гарольда и Лейлы Ю. Мазерс, Фонд Номис, Фонд Целлекс, Министерство экономики и конкуренции (MINECO), TERCEL-ISCIII-MINECO и Cardiocel.