В одном шаге от Святого Грааля: принципиально новый метод перепрограммирования стволовых клеток

Ученые Научно-исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute) сделали значительный шаг вперед в поисках способа безопасного перепрограммирования зрелых человеческих клеток в стволовые клетки, способные дифференцироваться в другие типы клеток, такие как нейроны, кардиомиоциты или гепатоциты. Возможность трансформировать зрелые взрослые клетки, например, клетки кожи, в стволовые может оказать значительное влияние на лечение многих заболеваний.

Адъюнкт-профессор Шэн Дин (Sheng Ding), PhD.
(Фото с сайта scripps.edu)

В статье, опубликованной в журнале  Cell Stem Cell , адъюнкт-профессор Института Скриппса доктор философии Шэн Дин (Sheng Ding) сообщает о разработанном его лабораторией новом, основанном на низкомолекулярных соединениях, препарате, позволяющем с помощью гена Oct4 перепрограммировать клетки человеческой кожи в стволовые.

«Нашей конечной целью является создание индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS cells) с помощью определенных малых молекул», - говорит Дин. «Это принципиально новый метод, имеющий значительные преимущества над существующими, такими как генетические манипуляции или использование более сложных в производстве биопрепаратов».

Использование низкомолекулярных соединений для перепрограммирования взрослых клеток в плюрипотентное состояние позволяет избежать этических споров вокруг исследований эмбриональных стволовых клеток и открывает дорогу широкомасштабному производству недорогих стволовых клеток, которые могут быть использованы при разработке лекарственных препаратов. Если новые клетки, необходимые для замены поврежденных болезнью или травмой, будут получены из собственных клеток пациента, станет возможным лечение болезней Паркинсона, Альцгеймера и многих других заболеваний.

В 2007 году ученые установили, что полностью дифференцированные зрелые клетки, такие как клетки кожи, можно перепрограммировать в плюрипотентные с помощью четырех транскрипционных генов. Однако при использовании этой технологии им пришлось столкнуться с серьезной проблемой: однажды интегрированные в геном клетки, эти гены постоянно изменяют ее ДНК.

«Манипуляции с геномом клетки-хозяина всегда вызывают серьезную обеспокоенность», - комментирует текущую в этой области ситуацию Дин. «Одно из основных опасений - это то, что эти четыре гена, являясь онкогенами (то есть способными вызывать рак), могут привести к развитию опухолей или будут препятствовать нормальной работе других генов».

В связи с реальностью такой опасности ученые ищут методы, которые позволяют перепрограммировать клетки без использования этих четырех онкогенов. Новаторский метод, разрабатываемый в лаборатории Дина, - использование малых синтетических молекул - представляет собой принципиально отличный от всех предыдущих подход.

«Мы работаем над созданием препаратов, каждый отдельный компонент которых полностью известен с химической точки зрения. Мы точно знаем, что они делают. Такие препараты не повреждают геном клетки», - объясняет Дин.

Идентичность клетки обратима, если ей дан соответствующий сигнал: клетка может пойти вперед и стать зрелой, функциональной или возвратиться обратно, снова став примитивной. Ученые знают об этом, по крайней мере, в течение 50 лет. Чтобы перепрограммирование клетки было безопасным и достаточно практичным для использования в клеточной терапии, исследователи стремятся найти эффективный и надежный способ запуска этого процесса.

В 2008 году лаборатория Дина сообщила об обнаружении низкомолекулярных соединений, способных заменить два из четырех необходимых генов. Теперь, два года спустя, с помощью уникальной стратегии скрининга ученые сделали большой шаг вперед, найдя способ заменить три из четырех генов.

«Мы всего лишь в одном шаге от конечной цели. Наша технология произведет революцию»,  - утверждает Дин.

Последнее исследование также показало, что новое соединение способствует включению нового механизма перепрограммирования - метаболического перехода от митохондриального дыхания к гликолизу, важного с точки зрения регенерации тканей. Малые молекулы Дина обеспечивают перепрограммирование, облегчая такое метаболическое переключение, и это совершенно новое понимание процесса.

Следующей целью ученых является замена в химическом коктейле гена Oct4 - главного регулятора плюрипотентности.

«Это будет последним шагом на пути к Святому Граалю», - надеется ученый. «Наше последнее открытие еще на шаг приблизило нас к этой мечте».

Полный текст статьи: Reprogramming of Human Primary Somatic Cells by OCT4 and Chemical Compounds