Перепрограммирование живых клеток: новые успехи

Ученые, изучающие биологию клетки, добиваются все новых успехов. В частности, они уже научились превращать клетки кожи в нейроны. Год назад им удалась такая трансформация с клетками мыши, а теперь - с клетками человека.

 

В последние годы исследования в области стволовых клеток у всех на слуху. В частности, особенно жаркие споры разгорелись по вопросу о том, допустимо ли с этической точки зрения проводить эксперименты на эмбриональных, то есть зародышевых стволовых клетках и не разумнее ли вместо них обратиться к так называемым региональным стволовым клеткам, имеющимся в организме любого взрослого человека. Правда, эти зрелые стволовые клетки, в отличие от эмбриональных, являются не тотипотентными, а всего лишь плюрипотентными, то есть способны трансформироваться не в любые, а лишь в определенные типы специализированных клеток, что сужает их терапевтические возможности. Но зато они не вызывают никаких возражений этического порядка.

Трансдифференцировка соматических клеток

Стволовые клетки человекаПохоже, однако, что копья ломались зря, поскольку сегодня исследователи добиваются все более впечатляющих успехов на поприще перепрограммирования самых обычных, то есть полностью дифференцированных клеток. Этот процесс - так называемая трансдифференцировка - позволяет получать, скажем, нейроны из клеток кожи, а клетки сердечной мышцы - из клеток печени. Правда, пока лишь в лаборатории, но лиха беда начало.

На прошедшей в середине июня в Торонто 9-й ежегодной сессии Международного общества по исследованию стволовых клеток тема трансдифференцировки была одной из главных, и это неудивительно. Ведь тезис, согласно которому специализированная клетка того или иного типа, скажем, клетка кожи, остается таковой до самой своей гибели, долгое время являлся основой основ биологии развития. В природе этот тезис по-прежнему непоколебим, а вот в исследовательских лабораториях он сегодня уже не действует.

Прямая трансформация быстрее и эффективнее

Чуть более года назад биологу Мариусу Вернигу - уроженцу Австрии, работающему в США в Стэнфордском университете, - удалось, воздействуя на мышиные клетки кожи определенным набором веществ, превратить их в нервные клетки - нейроны. Причем сделано это было напрямую, минуя промежуточную стадию стволовых клеток. Мало того, если выполненная ранее американскими учеными во главе с профессором Шеном Дином трансформация зрелых клеток кожи в так называемые протеин-индуцированные плюрипотентные стволовые клетки длилась более месяца, а эффективность превращения не превысила одного процента, то прямая трансформация клеток кожи в нейроны заняла всего несколько дней, а ее эффективность составила 20 процентов.

Этот сенсационный успех поразил не только коллег-специалистов, но и самого автора работы. "Во всяком случае, я был изрядно удивлен тем, как все это замечательно сработало и что полученные нами нейроны обладали, судя по всему, практически такими же функциональными свойствами, что и обычные клетки головного мозга", - признает Мариус Верниг.

Три фактора - для мышей...

Профессор Верниг начал с того, что досконально изучил процессы онтогенеза мыши - иными словами, всю совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, которые претерпевает организм мыши от момента зачатия до конца жизни. А из научной литературы ученый почерпнул сведения о тех веществах, которые в природе запускают биохимические механизмы развития тех или иных тканей и органов. Молекул, так или иначе причастных к формированию нервных клеток, набралось двадцать, и три из них подтвердили свою эффективность в ходе экспериментов. Колонию клеток кожи, выращенную на питательной среде, удалось трансформировать в колонию нейронов.

Перепрограммирование клеток началось с мышей"После публикации результатов этих экспериментов около сотни исследовательских групп взялись совершенствовать нашу методику", - говорит профессор Верниг. - Некоторые группы совсем недавно показали, что можно двигаться и в иных направлениях. То есть превращать клетки кожи не в нейроны, как это сделали мы, а в клетки печени или в клетки мышечной ткани миокарда". Сам же профессор Верниг со своей группой из Института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины Стэнфордского университета обратились к тканям человеческого организма. Впрочем, не только они.

...четыре - для человека

Началась подлинная гонка: кто первый перепрограммирует клетки кожи человека в человеческие нейроны. Исследователи взяли за основу те же три фактора, что оказались столь эффективными в опытах на мышах, однако очень скоро выяснилось, что для трансформации клеток человека этих веществ недостаточно. "Оказалось, что человеческие клетки действительно сильно отличаются от мышиных, - говорит ученый. - Видимо, этим и объясняется, почему процессы развития протекают у людей медленнее. Ведь неслучайно у мышей от зачатия до появления на свет проходит всего 20 дней, а эмбриональное развитие человека длится 9 месяцев".

Именно поэтому на лабораторные эксперименты с культурами человеческих клеток понадобилось больше времени, чем опыты с клетками кожи грызунов. И все же стэнфордские исследователи снова опередили конкурентов. Им удалось найти еще один фактор, не требовавшийся при работе с мышиными клетками, и с помощью уже четырех веществ перепрограммировать человеческие клетки.

Профессор Верниг поясняет: "Вопрос всегда состоит в том, насколько успешной была трансформация, насколько зрелыми являются полученные клетки, обладают ли они функциональными свойствами настоящих нейронов. Получить клетки, которые выглядят как нейроны, относительно несложно, но добиться того, чтобы они были способны формировать синапс, то есть устанавливать функционирующий контакт с другим нейроном и передавать нервные импульсы, не так-то просто. Но нам это удалось, и мы опубликовали теперь нашу работу. Однако есть и другие группы исследователей, весьма успешно работающие в этой области".

Революция и ее перспективы

Многие эксперты считают новейшие достижения в изучении стволовых клеток подлинной революцией. Да и профессор Верниг не чужд некоторой эйфории. "Сейчас действительно дело выглядит так, что никаких барьеров больше нет. То есть в принципе любую клетку человеческого организма можно перепрограммировать так, что она трансформируется в любую другую клетку по вашему желанию - нужно только найти те факторы, которые обеспечивают это превращение", - отмечает биолог.

Пока, правда, все это функционирует лишь в клеточных культурах. Возможны ли такие трансформации в живом организме, еще неясно, однако до сих пор ученые не обнаружили ничего, что в принципе исключало бы такую возможность. А если перепрограммирование клеток действительно удастся осуществить в живом организме, то это откроет прямой путь к разработке новых лекарственных препаратов и даже новых терапевтических методик.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Виктория Зарянка