Прежде чем стволовые клетки любого происхождения можно будет использовать для лечения пациентов, ученые должны научиться дифференцировать их в желаемые типы клеток, что является серьезной проблемой.
Исследователи описывают четыре важных этапа на пути от многоточечного прекурсора к совершенной В-клетке. Они рассказывают, как сочетания регуляторных белков и сигнальных путей направляют зрелые клетки по одному конкретному пути развития, готовя их к реакции на сигналы, которые еще предстоит получить, и блокируя другие эффекты.
"Для любого определенного типа клеток это сложный процесс, включающий в себя множество пунктов на каждом этапе дифференцировки, которые должны быть выполнены в определенном порядке. Мы предполагаем, что другие типы клеток потребуют для своей генерации столь же сложных регуляторных сетей".
"Но работа многообещающая, - добавил Сингх, доктор медицинских наук. "Как только мы выявим компоненты и получим представление о принципах проектирования таких регуляторных сетей, мы сможем создать любую клетку, которую захотим, или даже создать гибриды, сочетающие в себе свойства различных типов клеток, таких как антитело-продуцирующие клетки кожи".
Сингх и его коллеги работают с гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК), которые образуют различные типы клеток крови. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, ГСК уже предприняли определенные шаги в дифференцировке и стремятся производить различные типы клеток крови.
"Это прекрасная модель системы", - сказал Сингх. "Мы знаем больше о дифференциации В-клеток и эритроцитов, чем о других группах клеток в системе крови".
После серии экспериментов по манипулированию множеством генов, кодирующих регуляторные белки, Сингх и его коллеги создали "иерархическую регуляторную сеть", которая организует дифференциацию стволовых клеток в прекурсор В-клеток.
Пять транскрипционных регуляторов направляют будущие В-клетки по этому пути, активируя гены, которые переводят клетку на следующую стадию и позволяют ей реагировать на конкретные химические сигналы в дальнейшем.
Например, транскрипционные факторы PU.1 и lkaros имеют решающее значение на ранней стадии процесса дифференцирования, подталкивая многоклеточную прогениторную клетку, которая может стать одним из типов клеток крови, к превращению в лимфоидного прогенитора. Они вызывают экспрессию определенных рецепторов на поверхности клетки, таких как Flk2 и IL-7R, которые необходимы для последующего приема внешних сигналов.
На следующем этапе ген регуляторного белка, известного как E2A, взаимодействует с PU.1 для активации другого регуляторного гена, называемого EBF.
EBF и E2A действуют сообща, чтобы подтолкнуть родоначальника лимфоцитов к третьей стадии, определенной про-В-клетке. На этом этапе многие гены, экспрессированные в В-клетках, активируются, и гены, кодирующие антитела, начинают процесс рекомбинации.
Наконец, EBF и E2A активируют регулятор под названием Pax-5, который переводит указанную про-В-клетку в фиктивную про-В-клетку. После этого пути назад уже нет.
"Это сложная последовательность событий", - отмечает Сингх. "Никто не отрицает этого". На каждом этапе на поверхности клетки появляются различные маркеры или рецепторы, которые помогают исследователям отслеживать прогресс клетки и позволяют ей перейти к следующему этапу.
"Чтобы реально использовать стволовые клетки, мы должны будем собрать сети генетической регуляции, подобные этой, для каждого типа клеток, которые мы хотим создать", - добавил Сингх. "Это следующая задача, стоящая перед учеными и исследователями.
Молекулярные биологи проводят манипуляции по рекомбинированию и синтезу отдельных генов, но для правильного направления стволовой клетки через заданную последовательность развития может потребоваться контроль нескольких компонентов в определенном порядке".
