Стволовые клетки — это особые виды клеток в нашем организме, которые могут стать клетками любого другого типа. У них огромный потенциал для медицины, и в настоящее время проводятся испытания стволовых клеток для замены поврежденых клеток при таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона.
Один из способов получения стволовых клеток — из человеческих эмбрионов , но это связано с этическими проблемами и практическими ограничениями. Другой способ заключается в превращении взрослых клеток кожи или других тканей в так называемые «индуцированные плюрипотентные стволовые клетки » (iPS-клетки).
Однако эти клетки иногда несут «память» о том, какими они были раньше, что может сделать их менее предсказуемыми или эффективными, когда мы пытаемся превратить их в другие типы клеток.
Мы нашли способ стереть эту память, чтобы iPS-клетки функционировали как эмбриональные стволовые клетки. Наше исследование опубликовано в Nature .
Большие перспективы для регенеративной медицины
Зрелые, специализированные клетки, такие как клетки кожи, могут быть перепрограммированы в iPS-клетки в лаборатории. Эти клетки «чистого листа» имеют большие перспективы в регенеративной медицине, области, сосредоточенной на повторном росте, восстановлении или замене поврежденных или больных клеток, органов или тканей.
Ученые могут создавать iPS-клетки из собственной ткани пациента, что снижает риск того, что новые клетки будут отвергнуты иммунной системой пациента.
Возьмем, к примеру, iPS-клетки, которые проверяются на способность производить инсулин-продуцирующие клетки поджелудочной железы, чтобы помочь людям с диабетом. Мы еще не там, но это пример того, что может быть возможно.
Исследования с использованием iPS-клеток являются быстро развивающейся областью, однако остается много технических проблем. Ученые все еще выясняют, как лучше контролировать, какими типами клеток становятся iPS-клетки, и обеспечивать безопасность процесса.
Одной из этих технических проблем является «эпигенетическая память», когда iPS-клетки сохраняют следы того типа клеток, которым они когда-то были.
Эпигенетическая память и как она может ухудшить использование iPS-клеток
Чтобы понять «эпигенетическую память», давайте сначала поговорим об эпигенетике. Наша ДНК несет последовательности инструкций, известных как гены. Когда различные факторы влияют на активность генов (включая или выключая их) без изменения самой последовательности ДНК, это известно как эпигенетика, что буквально означает «выше генетики».
Эпигеном клетки — это собирательный термин для описания всех эпигенетических модификаций в клетке. Каждая из наших клеток содержит одну и ту же ДНК, но эпигеном контролирует, какие гены включаются или выключаются, что определяет, станет ли она клеткой сердца, клеткой почки, клеткой печени или любым другим типом клетки.
Вы можете думать о ДНК как о кулинарной книге, а об эпигеноме — как о наборе закладок. Закладки не изменяют рецепты, но определяют, какие из них использовать.
Точно так же эпигенетические метки помогают клеткам интерпретировать генетический код, не изменяя его.
Когда мы перепрограммируем зрелую клетку в iPS-клетку, мы хотим стереть все ее «закладки». Однако это не всегда работает полностью. Когда какие-то закладки остаются, эта «эпигенетическая память» может влиять на поведение iPS-клеток.
ИПСК, полученная из клетки кожи, может сохранять частичную «память» о том, что она была клеткой кожи, что делает ее более вероятной для превращения обратно в кожноподобную клетку и менее вероятной для превращения в другие типы клеток. Это связано с тем, что некоторые из эпигенетических меток ДНК могут указывать клетке вести себя как клетка кожи.
Это может стать препятствием для использования iPS-клеток, поскольку может повлиять на процесс превращения iPS-клеток в нужные вам типы клеток. Это также может повлиять на функцию клеток после их создания. Если вы хотите использовать iPS-клетки для восстановления поджелудочной железы, но клетки имеют «память» о том, что они являются клетками кожи, они могут функционировать не так хорошо, как настоящие клетки поджелудочной железы.
Как нам удалось очистить эпигенетическую память иПС-клеток и улучшить их работу
Преодоление проблемы эпигенетической памяти в iPS-клетках является общепризнанной задачей регенеративной медицины .
Изучая, как трансформируется эпигеном, когда мы перепрограммируем взрослые клетки кожи в iPS-клетки, мы открыли новый способ перепрограммирования клеток, который более полно стирает эпигенетическую память. Мы сделали это открытие, перепрограммировав клетки с помощью метода, имитирующего естественную перезагрузку эпигенома клеток эмбриона.
На раннем этапе развития эмбриона, до его имплантации в матку, эпигенетические метки, унаследованные от сперматозоидов и яйцеклеток, существенно стираются. Эта перезагрузка позволяет ранним клеткам эмбриона начинать заново и становиться клетками любого типа по мере роста и развития эмбриона.
Внедрив в процесс перепрограммирования шаг, который кратко имитирует этот процесс перезагрузки, мы создали iPS-клетки, которые больше похожи на эмбриональные стволовые клетки , чем на обычные iPS-клетки.
Более эффективное стирание эпигенетической памяти в иПС-клетках повысит их медицинский потенциал. Это позволит iPS-клеткам вести себя как «чистые листы», подобно эмбриональным стволовым клеткам , что повысит вероятность их трансформации в клетки любого желаемого типа.
Если iPS-клетки смогут забыть свою прошлую идентичность, они смогут с большей надежностью стать клетками любого типа и помочь в создании специфических клеток, необходимых для терапии, таких как новые инсулин-продуцирующие клетки для людей с диабетом или нейронные клетки для людей с болезнью Паркинсона. Это также может снизить риск неожиданного поведения или осложнений при использовании iPS-клеток в медицинских целях.
Теги: биотехнологии
