Цивилизация
Формулировка, с которой Гёрдон и Яманака получили премию, звучит следующим образом: «Открытие перепрограммирования «взрослых» стволовых клеток в плюрипотентные». Эти двое ученых обнаружили, что «взрослые» специализированные клетки можно перепрограммировать так, что они становятся универсальными «юными» клетками, способными дифференцироваться для формирования всех тканей организма.
«Их открытие произвело революцию в наших знаниях о том, как происходит развитие клеток и организмов», — говорится в сообщении Нобелевского комитета.
Джон Гёрдон в 1962 году обнаружил, что специализация клеток обратима (статья опубликована в Journal of Embryology and Experimental Morphology). В классическом эксперименте он заменил ядро яйцеклетки лягушки ядром взрослой клетки желудочно-кишечного тракта. Эта модифицированная яйцеклетка развилась затем в нормального головастика. ДНК взрослой клетки, как оказалось, содержала всю необходимую информацию для того, чтобы развились все специфические ткани организма лягушки. Синья Яманака более 40 лет спустя, в 2006 году, обнаружил в опытах на мышах, что взрослые клетки можно перепрограммировать в стволовые клетки (этот результат опубликован в журнале Cell). Удивительно, но, введя лишь несколько генов, удалось перепрограммировать взрослые специализированные клетки в плюрипотентные стволовые клетки, то есть клетки эмбриона, которые способны дифференцироваться и дать начало всем типам клеток организма.
Эти основополагающие открытия полностью изменили наши взгляды на развитие организма и клеточную специализацию.
Теперь мы понимаем, что взрослые клетки не заперты навсегда в своем специализированном состоянии. Были переписаны учебники, открыты новые области исследования. Перепрограммируя клетки человека, ученые создали новые возможности изучения болезней и развития методов их диагностики и терапии.
Все мы развились из оплодотворенных яйцеклеток. В первые дни после зачатия эмбрион состоит из особого типа клеток, каждая из которых может развиться в клетку любого типа любой ткани, формирующей взрослый организм. Эти клетки называют плюрипотентными стволовыми клетками. С дальнейшим развитием эмбриона из этих клеток получаются нервные клетки, мышечные клетки, клетки печени и клетки многих других типов, каждая из которых приспособлена для решения определенной задачи в организме. Изначально процесс специализации считался необратимым. Считалось, что развитие клеток при взрослении таково, что невозможно вернуть их к плюрипотентному состоянию. Джон Гёрдон изменил этот закон. Он предположил, что геном любой клетки должен сохранять всю необходимую информацию для ее развития в специализированную клетку любого типа. Как уже упоминалось, в 1962 году он проверил эту гипотезу, заменив ядро яйцеклетки лягушки на ядро клетки желудочно-кишечного тракта головастика. Это не помешало яйцеклетке развиться в нового полноценного головастика.
То же повторилось и в экспериментах со взрослыми лягушками. Значит, ядро взрослой клетки все-таки не утратило «знания» обо всех без исключения клетках целого организма.
Знаковое открытие Гёрдона поначалу было встречено со скептицизмом, однако верность наблюдений вскоре подтвердили независимые эксперименты других научных групп. Область стала активно развиваться и привела к возможности клонирования млекопитающих. Однако исследование Гёрдона требовало замещения генетического материала, и оставался открытым вопрос, можно ли перепрограммировать отдельно взятую клетку до состояния стволовой?
Синья Яманака ответил на этот вопрос в своем прорывном исследовании, спустя 40 лет после работ Гёрдона. Он работал с эмбриональными стволовыми клетками – плюрипотентными стволовыми клетками, выделенными из эмбриона и культивированными в лабораторных условиях. Впервые такие клетки были выделены Мартином Эвансом, получившим Нобелевскую премию в 2007 году. Яманака пытался найти гены, которые определяют их плюрипотентность. Идентифицировав несколько «подозрительных» генов, он отдельно протестировал каждый из них, проверив, приводит ли их модификация во взрослой клетке к ее перепрограммированию в плюрипотентную стволовую.
Яманака и его соавторы модифицировали таким образом геном взрослых клеток соединительной ткани. В конце концов им удалось найти комбинацию, которая позволила перепрограммировать их, и методика оказалась удивительно простой. Введя четыре модифицированных гена вместе, ученые смогли перепрограммировать фибробласты в стволовые клетки! Полученные стволовые клетки с индуцированной плюрипотентностью (iPS-клетки) затем успешно развивались не только в фибробласты.
Исследования последних лет показали, что из iPS-клеток можно создать клетки всех типов. Результаты этого открытия используются учеными по всему миру и привели к значительному прогрессу во многих областях медицины. iPS-клетки можно «изготавливать» и из клеток человеческого тела. Например, донорские клетки кожи больных различными заболеваниями могут быть перепрограммированы, а полученные стволовые клетки – сравнены с аналогичными от здоровых пациентов. Так можно не только понять механизм развития болезней, но и создать новые методики лечения.
— Как вы думаете, когда данные клетки начнут широко использоваться в медицине? — последовал первый вопрос после объявления лауреатов.
— Это очень сложный вопрос. Я не могу назвать точную дату, когда они будут использоваться для лечения пациентов, — ответил представитель Нобелевского комитета. — Но сейчас эти клетки можно использовать как платформу для изучения различных заболеваний. Впервые в истории мы можем создать много клеток и разделить их по типам так, чтобы определять параметры болезни.
— Рак крови уже лечится использованием стволовых клеток в эритроцитах (это происходит путем обильного переливания крови и пересадки костного мозга, что позволяет ввести в организм клетки, дающие начало всем клеткам крови. – «Газета.Ru»). Почему авторы этой технологии не были отмечены Нобелевским комитетом?
— Комитет, конечно же, обсуждал этот вопрос. Мы обсуждаем все основные открытия, и это наша работа — найти самое достойное открытие, которое заслуживает Нобелевской премии в этом году.
Лауреаты этого года совершили открытие, которое сильно дополняет нашу научную парадигму и помогает достичь огромного прогресса.
Это замечательное открытие, и мы решили, что оно достойно премии.
— Была ли возможность с ними связаться? Какой была их реакция?
— Мы говорили с ними по телефону. Они очень рады и надеются приехать в Стокгольм в декабре на вручение премии.
— Что насчет моральной стороны вопроса? Во многих государствах научная работа со стволовыми клетками является запрещенной.
— В науке мы стараемся придерживаться открытой дискуссии. Нобелевский комитет в ней не участвует.
Но Нобелевская премия влияет на то, что в обществе приемлемо, а что неприемлемо.
Данное открытие может применяться для лечения людей. Дискуссия продолжается, мы стараемся внести свой вклад, насколько мы можем.
Интересно, что Гёрдон и Яманака не являлись фаворитами перед церемонией объявления лауреатов. Среди претендентов были Дэвид Эллис из Университета Рокфеллера (США) и Майкл Грунштейн (Университет Калифорнии в Лос-Анджелесе), известные исследованиями гистонов – белков, регулирующих упаковку ДНК в хромосомы. За работы в области исследования киназ – важнейших ферментов, регулирующих процесс «питания» клеток глюкозой и гликогеном — Нобелевскую премию могли получить Энтони Хантер из Университета Калифорнии в Сан-Диего и Энтони Посон из Университета Торонто (Канада). Длинный список претендентов на эту премию замыкали исследователи свойств клеточных поверхностей Ричард Хайнес из Массачусетского института технологий и Эркки Руослахти (Медицинский исследовательский институт Сэнфорд-Бернхэм, Калифорния), открывшие интегрины, и Масатоши Такеичи, директор японского центра RIKEN, открывший кадгерины.