"Стирание памяти" клеток может зделать их подобными стволовым клеткам

Стволовые клетки - это особые виды клеток в нашем организме, которые могут превращаться в клетки любого другого типа. У них огромный потенциал для медицины, и в настоящее время проводятся испытания с использованием 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 соображениями и практическими ограничениями. Другой способ - превратить взрослые клетки кожи или других тканей в так называемые "индуцированные плюрипотентные стволовые клетки" (iPS-клетки).

Однако эти клетки иногда несут в себе "память" о том, какими клетками они были раньше, что может сделать их менее предсказуемыми или эффективными, когда мы пытаемся превратить их в клетки другого типа.

Мы нашли способ стереть эту память, заставить iPS-клетки функционировать больше 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 с "чистого листа" являются многообещающими в регенеративной медицине, области, сосредоточенной на выращивании, восстановлении или замене поврежденных или больных клеток, органов или тканей.

Ученые могут создавать iPS-клетки из собственных тканей пациента, поэтому меньше риска, что новые клетки будут отторгнуты иммунной системой пациента.

Возьмем один пример: iPS-клетки тестируются на предмет производства клеток поджелудочной железы, продуцирующих инсулин, чтобы помочь людям с диабетом. Мы еще не достигли этого, но это пример того, что может быть возможным.

Исследования с использованием iPS-клеток - быстро развивающаяся область, однако остается много технических проблем. Ученые все еще выясняют, как лучше контролировать, в какие типы клеток превращаются IPS-клетки, и обеспечить безопасность процесса.

Одной из таких технических проблем является "эпигенетическая память", при которой iPS-клетки сохраняют следы того типа клеток, которым они когда-то были.

Эпигенетическая память и как она может повлиять на использование iPS-клеток

Чтобы понять "эпигенетическую память", давайте сначала поговорим об эпигенетике. Наша ДНК несет последовательности инструкций, известные 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, почки, печени или любого другого типа клеток.

Вы можете рассматривать ДНК как кулинарную книгу, а эпигеном - как набор закладок. Закладки не изменяют рецепты, но они определяют, какие из них используются.

Аналогично, 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 некоторые закладки остаются, эта "эпигенетическая память" может влиять на поведение iPS-клеток.

iPS-клетка, полученная из клетки кожи, может сохранять частичную "память" о том, что она была клеткой кожи, что повышает вероятность ее обратного превращения в кожеподобную клетку и снижает вероятность превращения в другие типы клеток. Это связано с тем, что некоторые эпигенетические метки ДНК могут указывать клетке вести себя подобно клетке 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 у клеток есть "память" о том, что они были клетками кожи, они могут функционировать не так хорошо, как настоящие клетки поджелудочной железы.

Как нам удалось очистить эпигенетическую память IPS-клеток и улучшить их функции

Преодоление проблемы эпигенетической памяти в iPS-клетках является широко признанной задачей для регенеративной медицины.

Изучая, как трансформируется эпигеном при перепрограммировании клеток кожи взрослого человека в iPS-клетки, мы открыли новый способ перепрограммирования клеток, который более полно стирает эпигенетическую память. Мы сделали это открытие, перепрограммируя клетки с использованием метода, который имитирует естественную перезагрузку эпигенома эмбриональных клеток.

Во время раннего развития эмбриона, перед его имплантацией в матку, эпигенетические метки, унаследованные от сперматозоидов и яйцеклеток, по существу стираются. Это восстановление позволяет клеткам раннего эмбриона зарождаться заново и превращаться в клетки любого типа по мере роста и развития эмбриона.

Введя в процесс перепрограммирования этап, который кратко имитирует этот процесс перезагрузки, мы создали 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", подобные эмбриональным стволовым клеткам, повышая вероятность их трансформации в любой желаемый тип клеток.

Если iPS-клетки могут забывать свою прошлую идентичность, они могут более надежно превращаться в клетки любого типа и помогать создавать специфические клетки, необходимые для терапии, такие как новые клетки, продуцирующие инсулин, для людей с диабетом или нейрональные клетки для людей с болезнью Паркинсона. Это также может снизить риск неожиданного поведения или осложнений при использовании iPS-клеток в медицинских целях.