Учёные научились стирать память клеткам.
•Стволовые клетки - это особые виды клеток нашего организма, которые могут превращаться в любые другие клетки. Они обладают огромным потенциалом для медицины, и в настоящее время проводятся испытания по использованию стволовых клеток для замены поврежденных 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 - превратить взрослые клетки из кожи или других органов в так называемые "индуцированные плюрипотентные стволовые клетки" (iPS-клетки).
Однако эти клетки иногда несут в себе "память" о том, какими они были раньше, что может сделать их менее предсказуемыми и эффективными, когда мы пытаемся превратить их в другие типы клеток.
Мы нашли способ стереть эту память и сделать iPS-клетки более похожими на эмбриональные стволовые клетки. Результаты нашего исследования опубликованы в журнале Nature.
Большие перспективы для регенеративной медицины
Зрелые специализированные клетки, такие как клетки кожи, могут быть перепрограммированы в iPS-клетки в лабораторных условиях. Такие клетки "с чистого листа" имеют большие перспективы в регенеративной медицине - области, занимающейся выращиванием, восстановлением или заменой поврежденных или больных клеток, органов или тканей.
Ученые могут создавать iPS-клетки из собственных тканей пациента, что снижает риск того, что новые клетки будут отторгнуты иммунной системой пациента.
Приведем один пример: iPS-клетки тестируются для создания клеток поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин, чтобы помочь больным диабетом. Мы еще не достигли этого, но это пример того, что может быть возможным.
Исследования с использованием iPS-клеток быстро развиваются, но при этом остается много технических проблем. Ученые все еще пытаются понять, как лучше контролировать, какие типы клеток становятся iPS-клетками, и обеспечить безопасность процесса.
Одной из таких технических проблем является "эпигенетическая память", когда iPS-клетки сохраняют следы того типа клеток, которым они когда-то были.
•Эпигенетическая память и как она может помешать использованию iPS-клеток
Чтобы понять, что такое эпигенетическая память, давайте сначала поговорим об эпигенетике. Наша ДНК содержит последовательности инструкций, называемые генами. Когда различные факторы влияют на активность генов (включают или выключают их) без изменения самой последовательности ДНК, это называется эпигенетикой, что буквально означает "выше генетики".
Эпигеном клетки - это собирательный термин, описывающий все эпигенетические изменения в клетке. Каждая наша клетка содержит одну и ту же ДНК, но эпигеном контролирует, какие гены включаются или выключаются, что определяет, станет ли она клеткой сердца, почки, печени или любой другой клетки.
ДНК можно представить себе как кулинарную книгу, а эпигеном - как набор закладок. Закладки не изменяют рецепты, но определяют, какие из них будут использоваться.
Аналогичным образом эпигенетические метки позволяют 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 удается сделать полностью. Когда некоторые закладки остаются, эта "эпигенетическая память" может влиять на поведение iPS-клеток.
iPS-клетки, созданные из клеток кожи, могут сохранять частичную "память" о том, что они были клетками кожи, что повышает вероятность их превращения в клетки, похожие на кожу, и снижает вероятность превращения в другие типы клеток. Это связано с тем, что некоторые эпигенетические метки ДНК могут указывать клетке на то, что она должна вести себя как клетка кожи.
Это может стать препятствием для использования iPS-клеток, поскольку может повлиять на процесс превращения iPS-клеток в нужные типы клеток. Это также может повлиять на функционирование клеток после их создания. Если вы хотите использовать iPS-клетки для восстановления поджелудочной железы, но у клеток есть "память" о том, что они были клетками кожи, они могут работать не так хорошо, как настоящие клетки поджелудочной железы.
•Как нам удалось очистить iPS-клетки от эпигенетической памяти и улучшить их функционирование
Преодоление проблемы эпигенетической памяти в iPS-клетках является общепризнанной задачей регенеративной медицины.
Изучая, как трансформируется эпигеном при перепрограммировании клеток кожи взрослого человека в iPS-клетки, мы обнаружили новый способ перепрограммирования клеток, который позволяет более полно стирать эпигенетическую память. Мы сделали это открытие, перепрограммируя клетки с помощью метода, имитирующего естественный сброс эпигенома клеток эмбриона.
На ранних стадиях развития эмбриона, до его имплантации в матку, эпигенетические метки, унаследованные от сперматозоидов и яйцеклеток, по сути, стираются. Этот сброс позволяет клеткам раннего эмбриона начать все с чистого листа и стать клетками любого типа по мере роста и развития эмбриона.
Введя в процесс перепрограммирования этап, кратковременно имитирующий этот процесс сброса, мы получили iPS-клетки, которые больше похожи на эмбриональные стволовые клетки, чем обычные iPS-клетки.
Более эффективное стирание эпигенетической памяти в iPS-клетках повысит их медицинский потенциал. Это позволит iPS-клеткам вести себя как "чистые листы", подобно эмбриональным стволовым клеткам, что повысит вероятность их трансформации в любой желаемый тип клеток.
Если iPS-клетки смогут забыть о своей прошлой идентичности, они смогут с большей надежностью превращаться в любой тип клеток и помогать создавать специфические клетки, необходимые для лечения, например, новые клетки, вырабатывающие инсулин, для больных диабетом или клетки нейронов для больных болезнью Паркинсона. Это также может снизить риск непредвиденного поведения или осложнений при использовании iPS-клеток в медицинских процедурах.
