Исследователи из исследовательской программы «Эпигенетика» Института Бэбрахама смогли узнать больше о наивном перепрограммировании стволовых клеток после функционального скрининга всего генома. Их исследование, опубликованное сегодня в журнале Science Advances , описывает критически важные регуляторы перепрограммирования и предлагает возможности для более эффективного и быстрого способа создания наивных плюрипотентных стволовых клеток человека.
Плюрипотентные стволовые клетки человека (ПСК) являются полезным инструментом для исследователей, изучающих, как клетки специализируются на создании каждой ткани нашего тела. Они бывают двух разных состояний: подготовленные и наивные. Оба типа ПСХ могут самообновляться и дифференцироваться в новые типы клеток, но они имеют разные функции и молекулярные характеристики.
Руководитель группы Питер Рагг-Ганн объяснил важность этих клеток: «ПСК человека в наивном состоянии повторяют ключевые молекулярные и клеточные характеристики клеток эмбриона на преимплантационной стадии. условиях они образуют структуры, напоминающие раннюю стадию развития бластоцисты. Выращивая эти клетки в лаборатории, мы можем узнать о ключевых событиях, происходящих в ходе развития человека, и они могут потенциально использоваться в персонализированной медицине. — качественные, стабильные популяции стволовых клеток, чтобы иметь возможность проводить наши эксперименты».
Плюрипотентные стволовые клетки образуются либо из эмбрионов, либо с использованием методов, удостоенных Нобелевской премии, для удаления клеточной идентичности из специализированных клеток. Большинство экспериментов по перепрограммированию генерируют праймированные PSC, которые более развиты в развитии, чем наивные PSC. Наивные PSC могут быть собраны непосредственно из эмбрионов человека до имплантации, или, что чаще, исследователи подвергают праймированные PSC условиям, которые побуждают их становиться наивными PSC. Существующие методы перепрограммирования были неэффективными и медленными, что не позволяло исследователям быстро производить необходимое количество высококачественных стволовых клеток.
Адам Бендалл, доктор философии. студент и ведущий исследователь исследования, сказал: «Очень мало было известно о том, какие генетические и эпигенетические факторы необходимы для наивного перепрограммирования клеток, и этот пробел в знаниях ограничивал разработку условий перепрограммирования».
Низкая эффективность наивного репрограммирования предполагает наличие барьеров, ограничивающих достижение клетками наивного состояния. Адам и его коллеги отточили эти барьеры, проведя крупномасштабный генетический скрининг, чтобы определить гены, которые препятствуют перепрограммированию и помогают ему. Им удалось идентифицировать большое количество генов, играющих решающую роль в программировании наивного ПСХ, которые ранее не были связаны с этим процессом.
В частности, команда сосредоточилась на одном эпигенетическом комплексе, комплексе PRC1.3, который регулирует экспрессию генов без изменения базовой последовательности ДНК и который, как они обнаружили, необходим для образования наивных PSC. Без этого комплекса клетки, подвергшиеся перепрограммированию, становятся клетками совершенно другого типа, а не наивными ПСК. Это говорит о том, что активность PRC1.3 может стимулировать правильное перепрограммирование большего количества клеток, фактически снижая барьер.
Выявив факторы, способствующие перепрограммированию, исследователи также рассмотрели факторы, препятствующие перепрограммированию, на примере эпигенетического белка под названием HDAC2. Доктор Аманда Коллиер, первый автор статьи, объяснила: «Удивительно, но когда мы ингибировали один из этих факторов с помощью селективных химических веществ, наивное перепрограммирование PSC происходило более эффективно и быстро. Мы можем смотреть на это с обеих сторон; может устранить барьеры и ввести факторы, которые подталкивают клетки к изменению состояния».
Это исследование не только улучшает способность ученых производить наивные ПСК человека, но и предоставляет подробную информацию о молекулярных событиях, которые происходят во время самого перехода состояния клетки, некоторые из которых сохраняются в регуляции развития у человеческих эмбрионов.
Лаборатория Рагга-Ганна собирает кусочки большой головоломки — лучшее понимание формирования и контроля наивных стволовых клеток. Их предыдущее исследование определило молекулярные факторы, которые помогают поддерживать клетки в наивной стадии. Руководитель группы Питер Рагг-Ганн сказал: «Создавая наши инструменты для манипулирования плюрипотентными стволовыми клетками, мы можем тратить больше времени на задавание важных вопросов о преимплантационных эмбрионах. В долгосрочной перспективе дальнейшие улучшения в работе с наивными ПСХ могут открыть возможность использования этих клеток в персонализированных моделях заболеваний или клеточной терапии, хотя для этого потребуются дополнительные исследования того, как дифференцировать наивные PSC в специализированные типы клеток».
