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 преобразить 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, когда другие гены включаются и выключаются, — 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 типов 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.