Российскими учеными впервые получены плюрипотентные клетки из эндотелия пупочной вены человека

21.04.2010 12:38

Новости - Исследования

В процессе индивидуального развития организм млекопитающих проходит путь развития от одной единственной клетки, зиготы, до сложной системы взаимообеспечивающих типов тканей. Тотипотентная зигота, способная дать начало всем специализированным клеткам, и каждая специализированная клетка организма несут один и тот же набор генетической информации, однако эта информация реализуется по разным программам. Исследователей всего мира уже давно заботит вопрос, можно ли управлять этими программами и применять это для лечения самых разных заболеваний.

 

 

 

Клеточные программы дифференцировки реализуются на генетическом и эпигенетическом уровнях. Зигота, реализуя определенную программу, делится, и на определенном этапе клетки начинают специализироваться. На стадии бластоцисты уже есть 2 типа клеток, а сама бластоциста представляет собой будущий эмбрион, еще не имплантировавшийся в стенку матки. Из внутренних клеток будет дальше развиваться организм и все его ткани, а внешний слой клеток – трофоэктодерма – обеспечивать взаимодействие с материнским организмом. Клетки внутренней массы бластоцисты, культивируемые в лабораторных условиях, получили название эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).

 

На сегодняшний день уже существуют методы сохранения свойств ЭСК в лабораторных условиях, а также их контролируемой дифференцировки в специализированные клетки различных тканей. К сожалению, в плане использования этих клеток в терапевтических целях остается нерешенной задача иммунологической совместимости полученных тканей с реципиентом. Идеальным решением представляется разработка методов получения плюрипотентных стволовых клеток из уже взрослых клеток организма. Располагая такими методами, можно будет получать собственные стволовые клетки пациента в неограниченном количестве, и в лабораторных условиях дифференцировать их в любой необходимый для терапии клеточный тип.

 

Первыми специализированными клетками, которые были возвращены к плюрипотентному состоянию (репрограммированы), стали фибробласты кожи человека. С помощью генноинженерных методов в клетки были внесены гены, чьи продукты ответственны за плюрипотентность ЭСК: Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Такие клетки получили название стволовых клеток с индуцированной плюрипотентностью (иПК). За последние 3 года технология была значительно усовершенствована и уже не требует обязательной генетической модификации.

 

Клетки, которые могут служить источником иПК, должны удовлетворять ряду условий. Во-первых, должны быть «чувствительны» к полному репрограммированию. Во-вторых, должны быть доступны. В-третьих, не должны иметь накопленных повреждений ДНК, как, например, повреждения от УФ или других факторов внешней среды в клетках кожи. И, наконец, их изначальное количество клеток должно быть значительным, так как эффективность перевода клеток в плюрипотентное состояние невысока.

 

Российским исследователям впервые в мире удалось получить плюрипотентные иПК из клеток эндотелия пупочной вены человека, которые, в отличие от фибробластов, удовлетворяют всем перечисленным выше условиям. Они легко доступны, не накопили повреждений ДНК, могут быть получены в больших количествах без предварительного культивирования, хорошо делятся в культуре только в присутствии факторов, поддерживающих их рост и, в связи с развитием сети банков хранения пуповинной крови,

могут храниться длительное время.

 

Репрограммирование было проведено с помощью специально разработанных генетических конструкций, содержавших гены Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Через 3 недели клетки были перенесены в питательную среду, применяемую для ЭСК. Клетки эндотелия в такой среде не делятся и погибают, что упростило задачу отбора клеток, успешно переведенных в плюрипотентное состояние.

 

Исследователи протестировали полученные иПК на способность к разнонаправленной дифференцировке в различные специализированные клетки таких тканей, как нервная и хрящевая, а также в клетки кишечного эпителия. Эти три типа клеток относятся к производным трех зародышевых листков, из которых развивается организм в процессе эмбриогенеза: эктодермы, мезодермы и эндодермы, ведущих начало от внутренних клеток бластоцисты. Таким образом, иПК не отличались по своим характеристикам от ЭСК. Также ученые провели молекулярные, генетические и эпигенетические тесты иПК, показав, что последние соответствуют нормальным эмбриональным стволовым клеткам.

 

Несомненно, что для практического использования иПК необходимо проведение дальнейших исследований, в частности для подтверждения репрограммирования на уровне всего генома, а также подтверждения безопасности иПК в отношении опухолевой трансформации, известной для ЭСК. Данное направление является одним из самых перспективных в области клеточных технологий, но при этом не следует забывать, что иПК являются лишь искусственным аналогом ЭСК, и для выяснения их прикладной значимости необходимы исследования обеих групп плюрипотентных клеток человека.

 

По материалам:

Lagarkova M.A., Shutova M.V., Bogomazova A.N. et al. Induction of pluripotency in human endothelial cells resets epigenetic profile on genome scale. Cell Cycle 2010; 9(5): 937-46.

Шутова М.В., Богомазова А.Н., Лагарькова М.А., Киселев С.Л. Получение и характеристика клеток человека с индуцированной плюрипотентностью. Acta Naturae 2009; 2: 68-71.