Клуб выпускников МГУ: Неожиданная взаимосвязь между воспалением и способностью клетки «перепрограммироваться»

В работе, заслужившей Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2012 году [1], японский исследователь Шинья Яманака продемонстрировал, что клетки взрослого организма можно вернуть в состояние, аналогичное эмбриональной клетке. Для такого кардинального омоложения клетки требуется гиперактивация всего четырех генов (Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc), доставленных в клетку с помощью ретровирусов. Подробно об этом рассказывается в статье «Была клетка простая, стала стволовая» [2].

Казалось бы, найден «родник вечной молодости и здоровья». Да не тут то было. Хотя с помощью этого метода можно омолодить даже клетки столетних [3], клиницисты не спешат использовать это открытие, так как внедрение в геном с помощью вируса инородной ДНК вполне может привести к генетическим нарушениям, вплоть до злокачественной трансформации. Преодолеть этот недостаток, по мнению ряда исследователей, может использование при перепрограммировании не генов, а просто проникающих в ядро белков, которые эти гены кодируют [4-9].

Однако попытки использовать белки вместо генов оказались неудачными. Эффективность перепрограммирования с помощью проникающих в ядро белковых факторов оказалась ничтожно мала. Ученые задались вопросом: «Почему белки действуют на несколько порядков менее эффективно, чем „вирусная" доставка генов?» Может быть, вирус как-то помогает перепрограммированию? Но как? Ответ был получен в экспериментах, где вместе с перепрограммирующими белками был использован посторонний вирус, не несущий генов необходимых для перепрограммирования. Оказалось, что необходимым условием для перепрограммирования клеток и получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) является активация врожденной иммунной системы [10].

В статье, которая будет опубликована группой ученых во главе с Кеннетом Zaret 22 ноября в журнале Cell [16], описаны и другие препятствия для перепрограммирования соматических клеток в ИПСК, а также показано как их преодолеть, чтобы значительно повысить эффективность и скорость генерации ИПСК. Эти исследователи обнаружили большую область генома, которая не поддавалась связыванию перепрограммирующих факторов в течение 48 часов, но в конечном итоге была активирована, что и требовалось для формирования индуцированных плюрипотентных клеток. Эти «не поддающиеся» последовательности, как правило, химически отмечены модификацией гистона H3 метильными группами (называемой H3K9me3). Оказалось, что если заблокировать ферменты, которые создают такого рода метки можно значительно ускорить процесс перепрограммирования.

Дальнейшие исследования показали, что вирус вызывает воспалительную реакцию и инициирует активацию в клетке рецептора-«таможенника» 3 (toll-like receptor 3), сокращенно TLR3 [11]. (Кстати, за открытие и изучение толл-подобных рецепторов тоже вручена Нобелевская премия [12]. А название свое они получили не от английского слова toll -«пошлина», «тариф», - а от немецкого Toll - «сумасбродный», «безумный».)

Действительно, «выключение» гена TLR3 с помощью РНК-интерференции снижает эффективность вирусного метода перепрограммирования, существенно уменьшая количество ИПСК на выходе. Стимуляция же TLR3, вызываемая синтетическим аналогом двухцепочечной РНК вместо вируса, вызывала увеличение эффективности перепрограммирования. Выяснилось, что активация TLR3 приводит к эпигенетическим изменениям определенных участков хроматина [13], делая их доступными для белковых факторов перепрограммирования (Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc), а также для «модификаторов» эпигенома (таких, как, например, β-катенин [14, 15]). Это облегчает индукцию генов, вовлеченных в перепрограммирование, и вызывает образование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В целом, это открытие может помочь разработке новых методов получения ИПСК с помощью проникающих в клетку перепрограммирующих белков - методики возможно более безопасной, а потому более приемлемой для использования в клинике.

Написано по материалам оригинальных работ [10, 13].

Неожиданная взаимосвязь между воспалением и способностью клетки «перепрограммироваться»

Литература