Цивилизация
Совершенно новый и невероятно простой способ перепрограммирования клеток изобрели японские ученые. Для того чтобы вернуть взрослым специализированным клеткам способность развиваться по разным клеточным путям, то есть снова наделить их плюрипотентностью , свойством эмбриональных стволовых клеток, им не потребовалось ни пересадки ядер, ни внедрения генов.
Достаточно оказалось на короткое время изменить свойства окружающей среды — снизить рН, то есть повысить кислотность. И клетки стали очень похожими на эмбриональные стволовые.
Сенсационные результаты Харуко Обоката, Терухико Вакаяма (RIKEN центр биологии развития, Кобе и Гарвардская медицинская школа) и их коллеги из Японии и США опубликовали 30 января в двух статьях в журнале Nature.
Возможность перепрограммирования клеток взрослого организма — важнейшее открытие последних десятилетий, за которое получена Нобелевская премия по физиологии и медицине в 2012 году. И если Джон Гёрдон для этого пересаживал ядра в соматических клетках лягушки, то Синья Яманака нашел, какие гены обеспечивают множественные потенции клеток, и открыл способ получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток введением в клетку этих генов. Обаката и его коллеги изучали, как меняется судьба клеток под воздействием факторов внешней среды. В природе это происходит с клетками растений. У некоторых животных это тоже случается — так, под воздействием температуры эмбрионы крокодилов меняют пол. Клетки млекопитающих более консервативны, однако японские ученые нашли способ воздействия и на них.
Исследователи работали с клетками крови новорожденных мышей. После того как их в течение 25 минут держали в закисленной среде (рН 5,7), клетки стали демонстрировать биохимические маркеры эмбриональных стволовых клеток.
Кислая среда стала стрессорным стимулом, который изменил их свойства.
Ученые назвали получившееся явление стимул-вызванным приобретением плюрипотентности, а клетки получили аббревиатуру STAP (stimulus-triggered acquisition of pluripotency). Их получение и свойства они описали в первой статье в Nature.
Дальше надо было изучить свойства этих клеток. Ученые ввели их в мышиную бластоцисту — эмбрион на ранней стадии. Причем введенные клетки были помечены флюоресцентными маркерами, что позволяло проследить их судьбу. Из бластоцисты развился химерный эмбрион мыши, и часть клеток этого эмбриона получилась из клеток STAP. То есть они продемонстрировали способность дифференцироваться в клетки разных мышиных тканей — так же как и эмбриональные стволовые клетки. Это тест на плюрипотентность.
Впрочем, если клетки STAP оставались изолированными, они не начинали делиться и жили всего несколько дней.
Но если их помещали в среду, благоприятную для выращивания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, они делились и приобретали свойства и диагностические маркеры эмбриональных стволовых клеток. При этом, пишут исследователи, у них снижалась степень метилирования ДНК в участках, которые служат генетическими маркерами плюрипотентности. Метилирование (навешивание метильных групп на ДНК в месте азотистого основания цитозина) держит «в узде» те гены, которые не должны работать в данный момент. Снижение метилирования эти гены запускает в работу.
В то же время клетки STAP еще кое в чем отличались от индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), полученных стандартным способом. И об этом ученые пишут во второй статье в Nature . Вводя клетки в бластоцисту для получения химерного эмбриона, они обнаружили, что помеченные красителем STAP входят не только в эмбрион, но и в плаценту. С ИПСК такого никогда не происходит. Во что именно будут развиваться клетки, в эмбрион или плаценту, зависит от клеточного окружения, в котором они окажутся. «В пробирке» это можно повторить, воздействуя на клетки теми или иными белковыми факторами.
В общем, оказалось, что клетки STAP обладают в какой-то мере даже еще более широкими потенциями, чем ИПСК.
Самое же главное открытие, конечно, состоит в том, что перепрограммировать клетки млекопитающего, оказалось, можно всего лишь воздействием физического стимула. Что открывает небывалые возможности для получения стволовых клеток для клеточной терапии из клеток самого пациента.
Если это действительно будет возможно с клетками человека, будет получен невероятно простой и дешевый способ, который радикально снизит стоимость этого высокотехнологичного лечения.
Но сначала надо повторить эксперимент с человеческими клетками, а пока что японские ученые совершили это чудесное превращение только на мышиных.