Способные развиваться в клетки любого типа, плюрипотентные стволовые клетки открывают большие перспективы в качестве основы для новых методов трансплантации клеток, которые предназначены для лечения широкого спектра заболеваний и состояний, от диабета и болезни Альцгеймера до рака и травм спинного мозга. Теоретически стволовые клетки могут быть созданы и запрограммированы для замены больных или отсутствующих клеток в каждом органе человеческого тела.Золотым стандартом являются человеческие эмбриональные стволовые клетки (ES-клетки), культивируемые из выброшенных эмбрионов, полученных в результате экстракорпорального оплодотворения, но их использование долгое время ограничивалось этическими и логистическими соображениями.
Вместо этого ученые обратились к двум другим методам создания стволовых клеток: переносу ядра соматической клетки (SCNT), при котором генетический материал из взрослой клетки переносится в пустую яйцеклетку, и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки), в которых взрослые клетки возвращаются обратно в состояние стволовых клеток путем искусственного включения генов-мишеней.До сих пор никто прямо и внимательно не сравнивал стволовые клетки, полученные с помощью этих двух методов. Ученые обнаружили, что они дали ощутимо разные результаты. «ES-клетки, переносящие ядро, гораздо больше похожи на настоящие ES-клетки, чем на iPS-клетки», — сказала соавтор исследования Луиза Лоран, доктор философии, доцент кафедры репродуктивной медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Они более полно перепрограммированы и имеют меньше изменений в экспрессии генов и уровнях метилирования ДНК, которые связаны с самим процессом перепрограммирования».
В последние годы развитие и использование iPS-клеток резко возросло, в немалой степени из-за того, что они могут быть получены из взрослых клеток (часто из кожи) путем временного включения комбинации из четырех генов, чтобы стимулировать взрослые клетки. вернуться в плюрипотентное состояние.Лоран отметил, что линии iPS-клеток были созданы из пациентов для моделирования многих различных заболеваний, и «способность создавать персонализированные iPS-клетки от пациента, которые можно было бы трансплантировать обратно этому пациенту, вызвала волнение, потому что это устранило бы необходимость в иммуносупрессии».Метод переноса ядра был впервые использован совсем недавно командой под руководством Шухрата Миталипова, доктора философии, профессора и директора Центра эмбриональной клеточной и генной терапии при OHSU. Этот метод аналогичен процессу, используемому при клонировании, но плюрипотентные клетки собирают из ранних эмбрионов, прежде чем они разовьются в зрелые организмы.
Для их сравнения исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего, OHSU и Salk создали четыре линии клеток ES с переносом ядер и семь линий клеток iPS, используя те же клетки кожи в качестве источника донорского генетического материала, а затем сравнили их с двумя стандартными линиями ES человека. Все 13 клеточных линий оказались плюрипотентными с помощью набора стандартных тестов.
Но более тщательный анализ с использованием мощных геномных методов для изучения метилирования ДНК — фундаментального биохимического процесса, который помогает включать и выключать гены — и сигнатуры экспрессии генов каждой клеточной линии выявили ключевые различия в стволовых клетках, созданных с помощью этих трех методов. В частности, ученые обнаружили, что паттерны метилирования ДНК и экспрессии генов в ES-клетках, переносящих ядро, больше напоминают паттерны ES-клеток, чем iPS-клетки, которые выявили изменения, очевидно, вызванные самим процессом репрограммирования.
«Если вы считаете, что экспрессия генов и метилирование ДНК важны, что мы и делаем, то чем ближе вы подойдете к паттернам эмбриональных стволовых клеток, тем лучше», — сказал соавтор исследования Джозеф Р. Эккер, доктор философии, профессор и директор Лаборатория геномного анализа Солка. «Прямо сейчас клетки для переноса ядра выглядят ближе к эмбриональным стволовым клеткам, чем iPS-клетки».«Я думаю, что эти результаты показывают, что метод SCNT — намного лучший кандидат для заместительной терапии клеток», — сказал Миталипов, также соавтор статьи в журнале Nature. «Я искренне верю, что использование этого метода производства стволовых клеток когда-нибудь поможет нам вылечить и вылечить широкий спектр болезней, которые сегодня побеждают нас».Хотя клетки для переноса ядра могут быть лучшим и более точным представлением человеческих ES-клеток, чем iPS-клетки, Лоран сказал, что существуют значительные препятствия на пути их более широкого внедрения и применения. «Передача ядерных материалов не только технически сложна, но и федеральные средства не могут быть использованы в экспериментах, связанных с этой процедурой».
С другой стороны, по ее словам, результаты могут стимулировать улучшения в методах репрограммирования iPS-клеток. «Наши результаты показали, что широко используемые методы перепрограммирования iPS-клеток делают клетки похожими на стандартные ES-клетки в общих чертах, но есть важные различия, если вы внимательно присмотритесь. Используя яйцеклетку для выполнения этой работы, мы можем получить много ближе к реальности. Если мы сможем выяснить, какие факторы в яйце управляют процессом перепрограммирования, возможно, мы сможем разработать лучший метод перепрограммирования iPS-клеток ».Соавторы: Хонг Ма, Бриттани Дотри, Масахито Тачибана, Ынджу Канг, Ребекка Типпнер-Хеджес, Риффат Ахмед, Нурия Марти Гутьеррес, Кристал Ван Дайкен, Алимуджанг Фулати, Ацуши Сугавара, Мишель Спарман, Паула Амато и Дон П. Вольф, Орегон.
Здоровье Научный университет; Райан С. О’Нил, Юпенг Хе, Мэтью Д. Шульц, Манодж Херихаран, Джозеф Р. Нери и Роза Кастанон, Институт биологических исследований Солка; Роберт Мори, Карен Сабатини и Рати Д. Тиагараджан, UCSD; и Сумита Гокхале, медицинский факультет Бостонского университета.Финансовая поддержка этого исследования была частично предоставлена Leducq Foundation, Oregon Science.
Университет здоровья, Департамент репродуктивной медицины Калифорнийского университета в Сан-Диего, фонд председателя Международного совета Солка, Фонд Мэри К. Чепмен, Медицинский институт Говарда Хьюза, Фонд Гордона и Бетти Мур; Шведский исследовательский совет и Медицинский фонд Коллинза.