Это открытие предполагает, что скоро ученые смогут заменить ретровирусы и им подобные гены, ныне использующиеся в лабораторных экспериментах для индукции плюрипотентности в зрелых клетках. Это сделает будущие терапии, основанные на использовании стволовых клеток, безопаснее, т.к. будет исключен риск изменения генома для человека, который присутствует при использовании ДНК-основанных методов.
«Использование маленьких молекул, таких как микроРНК, для манипуляции с клетками будет играть главную роль в будущем биологии стволовых клеток», говорит Роберт Блеллоч (Robert Blelloch), доктор наук в Центре регенерационной медицины и исследований стволовых клеток.
Ученые заинтересованы в перепрограммировании, так как это путь к созданию клеток генетически идентичных пациенту. Клетки кожи пациента могут быть обращены в плюрипотентные клетки в культуре, а затем дифференцированы в зрелые клетки, например, сердца, легких или мозга. Эти клетки могут быть пересажены пациенту без опасности отторжения.
В данной работе, доступной в онлайновом издании журнала Nature Biotechnology с 12 апреля 2009 года, использовалась комбинация микроРНК и ретровирусных генов для превращения фибробластов в плюрипотентные клетки.
Данное исследование последовало за работой, опубликованной в декабре 2008г в журнале Nature Genetics, в которой было показано, что микроРНК, которая может быть синтезирована в лаборатории, подталкивает эмбриональные стволовые клетки к саморепликации. Это открытие имеет приложение при ведении культуры стволовых клеток, а так же показывает роль стволовых клеток при возникновении рака.
Предыдущие методы для создания клеток подобных эмбриональным стволовым клеткам основывались на введении ДНК, кодирующей четыре транскрипционных фактора, т.е. белки, влияющие на производительность генов. Ограничение этого метода заключается в том, что три гена из этих четырех, кодируют транскрипционные факторы okt4, klf4 и c-myc, которые являются онкогенами. Это означает, что они стимулируют неконтролируемое клеточное деление – основную черту раковых клеток.
В данной работе ученые вызывали плюрипотентность, используя комбинацию инфицирования и трансфекции. Инфицирование заключается во введении трех вирусов, каждый из которых содержит транскрипционный фактор, индуцирующий плюрипотентность. Транскрипционный фактор c-myc не вводится. Трансфекция заключается в простом процессе, при котором молекулы микроРНК смешиваются с липидами, что позволяет им проникать сквозь клеточную мембрану. С помощью мечения фибробластов, ученые показали, что при введении обработанных клеток в мышиный эмбрион, они могут формировать клетки любого типа у взрослых животных, включая половые клетки, которые будут производить следующее поколение мышей.
«Это временные, некодирующие молекулы, которые не включаются в геном, но подталкивают к саморепликации и могут индуцировать плюрипотентность. Они делают свое дело – превращают соматическую клетку в эмбриональную стволовую – а затем исчезают», говорит Блеллоч. «МикроРНК дает нам новые возможности управления судьбой клеток».
МикроРНК – это фрагмент одноцепочечной РНК, который предотвращает передачу информации с мРНК на белок. Они появились в 1993г, когда ученые доложили об открытии микроРНК в микроскопических круглых червях C. elegans. С тех пор в этой области произошел «взрыв», за последние восемь лет были открыты сотни микроРНК в широком диапазоне видов, от растений до животных.
После создания в ядре, микроРНК выходят в цитоплазму, где связываются с информационной РНК, несущей часть их генетической последовательности. Этот захват предотвращает обработку информационной РНК рибосомами – машинами, которые производят белки. Таким образом, микроРНК способны подавлять продукцию определенного белка.
В настоящее время, Блеллоч и его коллеги работают над тем, чтобы заменить на микро РНК все четыре транскрипционных фактора и произвести эксперименты, чтобы выяснить механизм, с помощью которого эти маленькие молекулы способны индуцировать плюрипотентность. Эта группа ученых так же хочет определить, какие микроРНК могут быть способны превращать зрелые клетки в определенные типы клеток непосредственно, без стадии эмбриональной стволовой клетки.
«Главная цель сейчас - это удостовериться в безопасности таких стволовых клеток, а так же дифференцировать их в клетки, которые могут быть использованы для репарации поврежденных тканей и лечения болезней», говорит Блеллоч.
Данная работа была поддержана грантами Национальных институтов здоровья, Калифорнийским институтом регенеративной медицины, Фондом милосердия и национальной науки.
