Полученные данные знаменуют собой значительный шаг к одной из самых востребованных целей регенеративной медицины: способность производить HSC, подходящие для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (HSCT), из других типов клеток, в частности, из более зрелых или дифференцированных клеток.Исследовательская группа, возглавляемая Дерриком Дж. Росси, доктором философии Бостонской детской программы по клеточной и молекулярной медицине, опубликовала сегодня онлайн-отчет о своей работе в журнале Cell.HSC являются основным исходным материалом для HSCT, независимо от их источника (костный мозг, пуповинная кровь, периферическая кровь).
Успех HSCT любого отдельного пациента зависит от количества HSC, доступных для трансплантации: чем больше клеток, тем больше вероятность, что трансплантат приживется. Однако ГСК встречаются довольно редко.«HSC составляют лишь примерно одну из 20 000 клеток в костном мозге», — говорит Росси. «Если бы мы могли генерировать аутологичные HSC из других клеток пациента, это могло бы изменить медицину трансплантологии и нашу способность моделировать болезни, связанные с развитием крови».
В своем исследовании Росси и его сотрудники, включая ведущего автора Джона Ридделла, доктора философии, проверили экспрессию генов в 40 различных типах крови и клеток-предшественников крови мышей. На этом скрининге они идентифицировали 36 факторов транскрипции — генов, которые контролируют включение и выключение других генов — которые экспрессируются исключительно в HSC, а не в клетках, которые возникают из них.
«Производство клеток крови неизменно идет в одном направлении: от стволовых клеток к предшественникам и зрелым эффекторным клеткам», — объясняет Росси. «Мы хотели обратить процесс вспять и получить HSC из дифференцированных клеток крови, используя факторы транскрипции, которые, как мы обнаружили, были специфичными для HSC».В серии экспериментов по трансплантации мышей команда Росси обнаружила, что шесть — Hlf, Runx1t1, Pbx1, Lmo2, Zfp37 и Prdm5 — из 36 факторов плюс два дополнительных фактора, изначально не идентифицированных на их скрининге — Mycn и Meis1 — были достаточны для надежного репрограммирования двух видов клеток-предшественников крови (pro / pre B-клеток и обычных миелоидных клеток-предшественников) в iHSC.Команда Росси перепрограммировала исходные клетки, подвергая их воздействию вирусов, содержащих гены всех восьми факторов, и молекулярного переключателя, который включал гены факторов в присутствии доксициклина. Затем они трансплантировали экспонированные клетки мышам-реципиентам и активировали гены, дав мышам доксициклин.
Полученные iHSC были способны генерировать весь репертуар клеток крови у трансплантированных мышей, показывая, что они приобрели способность дифференцироваться во все линии крови. Стволовые клетки, собранные у этих реципиентов, сами были способны восстанавливать кровь вторичных реципиентов трансплантата, доказывая, что коктейль из восьми факторов может привить способность к самообновлению — отличительное свойство HSC.Сделав еще один шаг вперед, команда Росси обработала зрелые миелоидные клетки мыши тем же восьмифакторным коктейлем.
Опять же, при трансплантации мышам генерировались iHSC, которые продуцировали все клоны крови и могли регенерировать кровь вторичных реципиентов трансплантата.Стюарт Оркин, доктор медицины, один из руководителей Дана-Фарбер / Бостонского детского центра рака и заболеваний крови и соавтор статьи, отмечает, что использование мышей в качестве своего рода реактора для перепрограммирования знаменует собой новое направление в исследованиях HSC. .«В области исследования крови ни у кого нет условий для увеличения количества HSC в чашке для культуры ткани», — говорит он. «Вместо этого, позволяя репрограммированию происходить у мышей, Росси использует сигнальные и средовые сигналы, которые обычно воспринимаются HSC».
Оркин добавляет, что iHSC практически неотличимы от нормальных HSC на уровне транскрипции. «IHSC имеют паттерн экспрессии генов, очень похожий на HSC».Текущие результаты далеки от перевода в клинику трансплантологии. Еще предстоит ответить на вопрос о точном вкладе каждого из восьми факторов в процесс репрограммирования и о том, могут ли подходы, не основанные на вирусах и факторах транскрипции, иметь такой же успех. Также пока не известно, могут ли те же результаты быть достигнуты с использованием человеческих клеток или другие клетки, не относящиеся к крови, могут быть перепрограммированы в iHSC.
Но с этими результатами команда Росси уже преуспела там, где многие другие попытки потерпели неудачу. И iHSC в их нынешнем состоянии представляют собой многообещающий плацдарм для лучшего понимания биологии и развития HSC.«Наши данные показывают, что функциональная и молекулярная идентичность HSCs может быть выявлена с помощью относительно небольшого количества факторов, используя парадигму клеточного репрограммирования аналогично генерации индуцированных плюрипотентных стволовых клеток», — говорит Росси.Исследование было поддержано Национальным институтом сердца, легких и крови (номера грантов RO1HL107630 и U01HL100001), Национальным институтом старения (номер гранта R00AG029760), Национальным институтом диабета, болезней органов пищеварения и почек (номер гранта UO1DK072473-01).
GlaxoSmithKline, Благотворительный фонд Леоны М. и Гарри Б. Хемлсли, Нью-Йоркский фонд стволовых клеток и Гарвардский институт стволовых клеток. Доктор Оркин — следователь Медицинского института Говарда Хьюза.