Клетки кожи мышей удалось превратить в нейроны, минуя стадию плюрипотентных стволовых клеток
Учёным из Стэнфордского университета удалось трансформировать клетки кожи лабораторных мышей в нормально функционирующие нейроны. Для этого исследователям понадобилось использовать 3 гена. Важно отметить следующее: учёным в ходе эксперимента удалось обойти тот шаг, без которого, как было принято считать, не происходит формирование определённых клеток организма. Речь идёт о возникновении плюрипотентных стволовых клеток.
«Нам удалось напрямую превратить один тип клеток в совершенно другой тип клеток. В итоге мы получили полноценные нейроны. Они выполняют те же принципиальные функции, которые выполняют нейроны головного мозга» - говорит профессор Мариус Верниг (Marius Wernig, доцент кафедры патологии и научный сотрудник института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины при Стэнфордском университете).
Отметим, ранее было доказано, что существует принципиальная возможность «заставлять» одни специализированные клетки выполнять функции других специализированных клеток. Однако до сих пор учёным не удавалось превратить один тип клеток в другой тип клеток in vitro. На процесс трансформации потребовалось всего лишь 7 дней. По словам исследователей, полученный результат имеет огромное значение для современной медицины. Дело в том, что текущее открытие вполне может дать толчок к развитию новых методов лечения таких сложных заболеваний, как болезнь Альцгеймера или болезнь Паркинсона.
Напомним, на протяжении долгих лет было принято считать, что клеточная дифференциация идёт по одному пути: эмбриональные плюрипотентные стволовые клетки порождают все типы клеток организма. По мере роста и развития дифференцированные клетки становятся всё более изолированными биологически. Другими словами в науке существовала точка зрения, в рамках которой клетки кожи не могут превращаться в какие-либо другие типы клеток. Однако в 1997 году, когда генетикам удалось вырастить из одной взрослой клетки овечку Долли, точка зрения, описанная выше, постепенно начала меняться. В 2007 году учёные объявили об искусственном получении из клеток кожи человека индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПС клеток). Приблизительно через год после этого Дуг Мелтон (Doug Melton, профессор Гарвардского института стволовых клеток) продемонстрировал, что существует возможность перепрограммировать один тип клеток поджелудочной железы в другой тип клеток поджелудочной железы.
В 2008 году профессор Веринг работал в лаборатории Рудольфа Йениша (Rudolf Jaenisch), расположенной в институте Уайтхеда (Массачусетс). Именно тогда Веринг принял участие в исследовании ИПС клеток. Исследователи поставили перед собой задачу, понять, является ли принципиально необходимым возникновение плюрипотентных стволовых клеток для дальнейшей клеточной дифференциации и специализации.
Для начала Веринг и его коллеги собрали 19 генов, вовлечённых в один из двух процессов: эпигенетическая перестройка или невральное развитие и функционирование. Группа исследователей использовала лентивирус. С его помощью учёные инфицировали собранными генами клетки кожи, взятые из мышиных эмбрионов. Затем экспериментаторы следили за тем, как себя поведут инфицированные клетки. После 32 дней ожидания становилось видно, что часть инфицированных клеток кожи приобрела некоторые черты клеток нервной ткани. Что интересно, в таких клетках было отмечено присутствие белковых молекул, характерных для нейронов. Более того, трансформированные клетки могли формировать с настоящими нейронами полноценно функционирующие синапсы.
Исследователи с помощью специальной методики сократили число из 19-ти использованных генов всего лишь до 3-х генов. После они повторили инфицирование мышиных клеток кожи. Однако в этот раз учёные взяли клетки из хвостов взрослых особей. В результате менее чем за неделю процессу трансформации подверглось 20% использованных клеток. По мнению учёных, нельзя сказать, что процесс превращения клеток кожи, взятых из хвоста мышей, в нервные клетки протекал очень быстро. Однако по сравнению с плюрипотентными стволовыми клетками мышиных эмбрионов процесс трансформации клеток кожи взрослых особей шёл во много раз быстрее и был более эффективным.
«Мы были очень удивлены скоростью протеканию процесса изменения клеток. Так же нас очень удивило то, какое количество клеток смогло трансформироваться» - говорит профессор Верниг.
Подобные исследования имеют весьма важную роль как для фундаментальной биологии, так и для практического применения полученных знаний на практике. Ведь, с одной стороны, полученные результаты помогают глубже понять процесс клеточной дифференциации и его причины. С другой, более глубокое понимание данного процесса и его причин может стать толчком к созданию новых более эффективных методов лечения различных заболеваний.
