Стволовые клетки могут трансформироваться в различные типы клеток, например, такие как мышечные клетки, красные кровяные клетки (эритроциты), нейроны. Учитывая такие регенеративные возможности, стволовые клетки могут быть использованы для лечения широкого спектра заболеваний. Команде ученых удалось обнаружить некоторые из механизмов трансформации стволовых клеток в моторные нейроны.
Соматические стволовые клетки – они также называются взрослые стволовые клетки - это недифференцированные клетки, которые могут быть обнаружены в различных тканях и органах человека. Их роль заключается в поддержании, обновлении и восстановление ткани, в которой они находятся.
С помощью эпигенетических методов перепрограммирования, которые были разработаны в 2006 году лауреатом Нобелевской премии Яманакой и его коллегами - эти клетки были искусственно преобразованы в нервные стволовые клетки.
Этот процесс включал в себя трансформацию фибробластов (клеток соединительной ткани) - сначала в плюрипотентные клетки, а затем в нервные стволовые клетки, и, наконец, в нейроны.
При прямом перепрограммировании стадия плюрипотентности пропускается. Это позволяет быстрее провести процесс трансформации, а также уменьшить риск развития опухолей, который имеет место при стандартном перепрограммировании.
Прямое перепрограммирование было использовано до того, чтобы восстановить отсутствующие или поврежденные мотонейроны. Проведенное исследование позволило лучше понять процесс трансформации, что со временем может стать реальным методом выращивания новых типов клеток.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell Stem Cell.
Изучение прямого перепрограммирования стволовых клеток
Исследователи проанализировали изменения, которые происходят в клетках во время прямого процесса перепрограммирования.
Трансформация занимает около 2-х дней.
Процесс включает в себя три фактора транскрипции. Это гены, которые контролируют экспрессию других генов.
Для того чтобы понять клеточные и генетические механизмы, лежащие в основе трансформации, исследователи проанализировали, как эти факторы транскрипции связываются с геном, как меняется экспрессия генов, и как меняется хроматин каждые 6 часов.
Шон Махони, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии в Университете штата Пенсильвания и один из ведущих авторов статьи, объясняет, что дало им возможность изучить эти изменения в таких мельчайших деталях:
"У нас есть очень эффективная система, с помощью которой мы можем трансформировать стволовые клетки в моторные нейроны с почти 90-95 % успехом, путем добавления коктейля факторов транскрипции. Из-за такой эффективности нашей методики мы смогли детально выяснить подробности того, что на самом деле происходит в клетке во время этой трансформации ".
Трансформация стволовых клеток в двигательные нейроны
Исследователи обнаружили ряд весьма сложных, независимых изменений, совместные действия которых позволяло преобразовать стволовые клетки в моторные нейроны.
В начале процесса трансформации, два из факторов транскрипции - Isl1 и Lhx3 - вместе связываются с геном и вызывают цепную реакцию преобразований, которая включает в себя изменения в экспрессии генов и хроматина в клетках.
Третий фактор транскрипции - Ngn2 - действует сам по себе, а также вносит изменения в экспрессию генов.
Позже в этом процессе, Isl1 и Lhx3 используют изменения, сделанные Ngn2, для того чтобы завершить процесс трансформации.
Для того чтобы прямое программирование было успешным необходимо, чтобы два параллельных процесса были конвергенты.
Замена клеток может помочь при лечении нейродегенеративных заболеваний
Исследование не только подробно описало изменения технологии клеточной замены, но оно также открыло путь к разработке новых, более эффективных методов замены поврежденных клеток. Это может иметь огромное значение в лечении некоторых нейродегенеративных заболеваний.
"Существует большой интерес к генерации двигательных нейронов для изучения таких заболеваний человека, как боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия, « говорит Махони.
Преимущества прямого перепрограммирования заключается еще и в том, что это может быть сделано в пробирке или в естественных условиях. Выполнение перепрограммирования внутри человеческого тела - в естественных условиях - имеет то преимущество, что его можно сделать локально, в месте повреждения клеток.
Тем не менее, Эстебан Маццони, доцент кафедры биологи Нью-Йоркского университета и один из ведущих авторов нового исследования, объясняет, что перепрограммирование не всегда эффективно, и есть еще много неизвестных факторов, так как биологические процессы трансформации клеток очень сложные.
