Новый способ получения гемопоэтических стволовых клеток
После двадцати лет попыток ученым впервые удалось превратить соматические клетки в клетки-предшественники клеток крови. Такие клетки, называемые также гемопоэтическими стволовыми клетками, способны дать начало любым другим клеткам крови. Если данный метод удастся применить в клинических условиях, он даст шанс на излечения больных с лейкемией и другими заболеваниями крови, которым требуется пересадка костного мозга, но не находится подходящих доноров.
Об успехе сообщили сразу две исследовательские группы. Коллектив под руководством известного специалиста по стволовым клеткам Джорджа Дейли (George Daley) в Бостонской детской больнице Массачусетса создала клетки человека, которые действуют как стволовые клетки крови, хотя они не идентичны тем, что встречаются в природе. Вторая группа, которую возглавляет профессор медицинской генетики Шахин Рафии (Shahin Rafii) из Медицинского колледжа Уэйлл-Корнелл в Нью-Йорке, превратила зрелые соматические клетки мышей в полноценные стволовые клетки крови. Обе работы опубликованы недавно в журнале Nature.
В качестве исходного материала группа Дейли использовала клетки кожи и другие клетки, взятые у взрослых пациентов. Используя стандартный метод, они перепрограммировали эти клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки), которые способны далее дифференцироваться в другие типы клеток. Однако до последнего времени не удавалось превратить iPS-клетки в гемопоэтические стволовые клетки.
Чтобы добиться этого, понадобилось применить новинку. В геномы iPS-клеток Дейли и его коллеги ввели дополнительные гены, кодирующих факторы транскрипции, то есть контролирующих работу других генов. Факторы транскрипции – это белки, способные связываться с определенными участками ДНК и воздействовать на процесс считывания генетической информации при формировании матричной РНК, понижая или повышая активность конкретного гена. Оказалось, для достижения цели необходимы лишь пять факторов: RUNX1, ERG, LCOR, HOXA5 и HOXA9.
Модифицированные таким образом человеческие клетки были введены для дальнейшего развития в организм лабораторных мышей. В итоге в эксперименте Джорджа Дейли и его коллег iPS-клетки через 12 дней дифференцировались в клетки-предшественники, способные давать начало самым разным клеткам человеческой крови, включая иммунные клетки, например, Т- и В-лимфоциты. По словам ученых, полученные клетки-предшественники очень близки естественным гемопоэтическим стволовым клеткам.
В работе Шахина Рафии и его коллег iPS-клетки не использовались. Они взяли у взрослых мышей клетки эндотелия – слоя толщиной в одну клетку, выстилающего внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. В геномы взятых клеток были введены гены четырех дополнительных факторов транскипции. Затем полученные клетки выращивались в лаборатории в чашках Петри, среда которых имитировала условия внутри кровеносных сосудов человека. Там эти клетки превращались в стволовые клетки крови и размножались.
Для проверки команда Рафии ввела полученные клетки мышам, у которых предварительно были убиты радиацией собственные стволовые клетки крови, находящиеся в костном мозге. После введения новых клеток мыши выздоравливали, у них восстанавливался полный набор необходимых клеток крови и они благополучно жили полноценной жизнью, прожив в лаборатории более полутора лет.
Шахин Рафии сравнивает свой метод с прямым авиарейсом, тогда как метод, использующий стадию iPS-клеток, с самолетом, который сначала облетает вокруг Луны, а лишь потом следует к месту назначения. К тому же в методе Рафии требуется введение в геном клеток меньшего числа дополнительных генов, а каждый новый такой ген осложняет работу, ведь часть клеток оказывается неспособной его принять.
Однако Дейли и его коллеги считают, что их способ можно сделать более эффективным, к тому же, по их мнению, после доработки он с меньшей вероятностью будет вызывать опухоли и другие аномалии в модифицированных клетках. Путь к этому они видят во временной регуляции экспрессии генов в iPS-клетках, которая должна прийти на смену постоянному добавлению в их геном генов факторов транскрипции. Также они отмечают, что iPS-клетки могут быть получены из кожи и других тканей, к которым легко получить доступ, тогда как метод Рафии использует клетки с внутренней части кровеносных сосудов, которые труднее добыть и сохранить в лаборатории.
Пока рано говорить, чей метод в итоге окажется более успешным. Но обе публикации значительно повысили оптимизм ученых относительно создания стволовых клеток крови. До последнего времени длительные безуспешные попытки в этом направлении заставляли многих думать, что это сделать вовсе невозможно.
По данным http://polit.ru/article/2017/05/18/ps_hscs/
- Ryohichi Sugimura et al. Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells. Nature, May 2017 DOI: 10.1038/nature22370