Клетки можно перепрограммировать без стволовой стадии
Генетикам удалось расшифровать механизм, который позволяет превратить один тип соматических клеток в другой. При этом минуя стадию стволовых клеток. Ученые уверены, что сделали гигантский шаг в регенеративной медицине.
Заболевания сердечно-сосудистой системы — одна из основных причин смерти среди взрослых и детей. Кардиопатологии, вне зависимости от возраста, развиваются из-за недостатка или дисфункций сердечных клеток — кардиомиоцитов. Цитологические особенности сердца создают массу сложностей для лечения врожденных и приобретенных заболеваний сердца. Дело в том, что после завершения эмбриогенеза сердце практически утрачивает регенеративные способности.
Лечить сердце можно с помощью «чужих» стволовых клеток, например эмбриональных или перепрограммированных (индуцированных плюрипотентных). Но чужеродные и перепрограммированные стволовые клетки могут пойти по неправильному пути развития и сформировать другую ткань или онкологическую опухоль.
Почти идеальным источником новых кардиомиоцитов могут быть сердечные фибробласты. Они появляются из внесердечного источника — проэпикардиума и строят своеобразный каркас для мышечных клеток сердца. Специалисты пока не используют эти клетки по одной причине: они не знают, как пропустить стадию плюрипотентности. Исследователи из Университета Калифорнии (University of California) под руководством Масаки Йеда (Masaki Ieda) раскрыли состав «белкового коктейля», который способен напрямую перепрограммировать фибробласты в кардиомиоциты. Результаты исследования появились в журнале Cell, в статье «Direct Reprogramming of Fibroblasts into Functional Cardiomyocytes by Defined Factors».
Ответственные
Опыт и знания регенеративной медицины подсказывают, что для перепрограммирования стволовых клеток и выращивания необходимых тканей нужен не один, а, как правило, несколько белков-регуляторов. Только вместе они способны переделать клетки. Чтобы найти всех ответственных, ученые присмотрелись к белкам, которые в большей мере присутствуют в кардиомиоцитах, а не в сердечных фибробластов. Среди этого множества они выделили четырнадцать, без которых развитие сердца эмбриона невозможно. Генетические мутации по каждому из выбранных белков приводили к фатальным нарушениям. Далее, с помощью ретровирусов исследователи привносили в культуру клеток мышиного сердца (in vitro) гены, ответственные за синтез этих белков. Чтобы отследить появление новых кардиомиоцитов, ученые воспользовались хорошо апробированным методом. Они нанесли метки зеленого флуоресцирующего белка, который начинал светиться лишь в том случае, если фибробласт превращался в сердечную мышечную клетку.
В результате первой серии экспериментов ученые выяснили, что небольшая часть фибробластов (1,7%) превращались в кардиомиоциты под воздействием всех четырнадцати белковых факторов. В следующих экспериментах исследователи поочередно отнимали по одному из «генетических ингредиентов», которые мешали большему количеству фибробластов превратиться в сердечные клетки. В результате осталось всего три фактора, под воздействием которых более 20% фибробластов превращалось в кардиомиоциты. «Ответственными лицами» оказались белки Gata4, Mef2c и Tbx5. Все «пойманные» уже известны ученым как активные участники органогенеза. Gata4 — вождь в этом небольшом племени, потому как именно он запускает процессы формирования и развития сердца, заставляя Mef2c и Tbx5 работать.
Микробиологи провели контрольный эксперимент in vivo. Для этого они «заразили» мышиное сердце ретровирусом, который нес гены необходимых белков-регуляторов и зеленого флуоресцирующего белка. Всего лишь через две недели фибробласты засветились зеленым светом и начали биться в унисон окружающим кардиомиоцитам. Результаты этого эксперимента подтвердили, что «сердечный регенеративный коктейль» работает не только в пробирке, но и в животном организме.
Новое сердце
Ученые обрадовались результатам эксперимента и анализа. Ведь оказалось, что всего лишь три фактора способны переделать сердечные немышечные клетки в мышечные. Причем генетический и электрофизиологический анализ показал, что новые клетки идентичны кардиомиоцитам и вполне работоспособны. Изучив этапы превращения фибробластов в кардиомиоциты, ученые пришли к выводу, что они не возвращаются к стадии плюрипотентной стволовой клетки. То есть под воздействием трех регуляторов перепрограммирование происходит напрямую. Ученые уверены, что полученные данные открывают новые возможности для регенеративной медицины. Ведь с помощью такого «коктейля» можно перепрограммировать клетки без риска развития онкологических заболеваний и других неприятных последствий. Более того, фибробласты составляют более 50% клеток сердца, а потому они всегда доступны и их не нужно искать.
генетика, медицина, регенерация