Embrionalne komórki macierzyste z mysich fibroblastów
Kasia Kuleszewicz | 2007-06-14
W ostatnim czasie w zawrotnym tempie rośnie liczba badań nad komórkami macierzystymi. Wiązane z nimi ogromne nadzieje są jednak przeciwstawiane trudnościom w ich pozyskiwaniu, hodowli i indukowaniu. W ostatnim eksperymencie, odwrotnie niż dotychczas, udało się wpłynąć na zróżnicowaną komórkę fibroblastyczną tak aby przekształciła się ona w komórkę o pluripotencjalnych właściwościach embrionalnej komórki macierzystej.
Program rozwoju i cyklu życiowego komórki zostaje nadany podczas programowania epigenetycznego. Programowanie epigenetyczne to proces, w wyniku którego geny zapisane się w sekwencji DNA w jądrze komórkowym ulegają modyfikacji. Proces polega na modyfikacji epigenomu, czyli na dołączaniu cząsteczek związku chemicznego (np. grup metylowych czy glikozylowych) do specyficznych sekwencji na nici DNA. W wyniku takich modyfikacji poszczególne geny mają zmienioną aktywność. Modyfikacje te warunkują także gdzie i w jakim momencie będą one aktywne. Proces programowania epigenetycznego jest odwracalny. Poprzez "usunięcie" tych grup chemicznych możliwe jest tzw. reprogramowanie epigenetyczne. Pozwala to na "cofnięcie" komórki do wcześniejszego etapu rozwoju. Geny w niezmodyfikowanej formie działają jak na etapie np. zygoty czy pluripotencjalnej komórki macierzystej. Proces ten zachodzi nie tylko podczas odróżnicowania komórek somatycznych do komórek macierzystych ale także podczas gametogenezy czy klonowania metodą transferu jądrowego. Zjawisko programowania epigenetycznego było dotychczas w dużej mierze niezrozumiałe i naukowcy nie mieli nad nim żadnej kontroli.
Ostatnio, naukowcy z instytutu zajmującego się biologią komórek macierzystych i medycyną na Uniwersytecie kalifornijskim w Los Angeles zdołali przeprogramować komórki pobrane od dorosłej myszy. Powróciły one do stanu pierwotnego, tworząc pulę komórek o właściwościach bardzo zbliżonych do embrionalnych komórek macierzystych. Wyniki badań zostały opublikowane 7 czerwca w magazynie Stem Cell wydawanym przez Cell Press.
Do badań użyto fibroblasty, komórki twórcze tkanki łącznej właściwej, które pobrano od dorosłej myszy. Do hodowli fibroblastów dodano cztery czynniki transkrypcyjne (kodowane przez geny Oct4, Sox2, c-Myc i Klf4), białka, które przyłączają się do sekwencji DNA w obszarze promotora lub sekwencji wzmacniającej danego genu. Są one odpowiedzialne za regulację procesu transkrypcji. Powstałe pod ich wpływem tzw. indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste iPS (induced Pluripotent Stem cells) przeszły serie testów potwierdzających ich podobieństwo do embrionalnych komórek macierzystych.
Kontrola procesu programowania epigenetycznego ma szeroki wachlarz potencjalnych zastosowań. Reprogramowane komórki ludzkie stanowiłyby bowiem nieskończone źródło komórek dla inżynierii tkankowej, które byłyby immunologicznie zgodne z potrzebującym ich pacjentem.
Jeśli zatem udałoby się otrzymać podobne wyniki dla ludzkich komórek, mogłyby one służyć do ponownego przeprogramowania ich na przykład w komórki beta trzustki i wykorzystania w leczeniu cukrzycy typu I. Mogłyby mieć także zastosowanie w otrzymywaniu komórek hematopoetycznych dla pacjentów chorych na białaczkę czy motoneuronów dla chorych na chorobę Parkinsona.
Wyniki te wskazują także, że możliwym będzie zastąpienie reprogramowaniem epigenetycznym używanej dotychczas techniki somatycznego transferu jąder (znanej także jako terapeutyczne klonowanie).
Badania pokazały zatem, że cztery czynniki transkrypcyjne były w stanie tak regulować (zarówno wyciszać jak i aktywować) ekspresję innych, podległych pod nie genów, że powodowały powrót komórki do stanu przed nadaniem jej "programu rozwojowego". Jak się jednak okazało, mimo wszystkich testów przeprowadzonych przez naukowców, komórki powstałe po przeprogramowaniu mysich fibroblastów różniły się od embrionalnych komórek macierzystych niezdolnością do różnicowania w każdy typ komórki. Nie mogły także wspomagać rozwoju dorosłych tkanek. Miały one zatem ograniczony potencjał rozwoju, czyli były pluripotencjalne. Było to zaskakujące, ponieważ otrzymane w hodowli komórki były niemal identyczne pod względem struktury biologicznej z embrionalnymi komórkami macierzystymi. W przeprogramowanych iPS wykazano także ekspresję dwóch markerowych genów stanu pluripotencjalnego, które są charakterystyczne dla embrionalnych komórek macierzystych. Są to geny Oct4 i Nanog.
Czego nadal nie wiadomo, to czy przeprogramowanie epigenetyczne, indukowane przez te czynniki transkrypcyjne "kasuje" epigenetyczne różnice pomiędzy zróżnicowanymi nie pluripotencjalnymi komórkami. Mechanizm ten musi zatem być wyjaśniony.
Źródła:
- ScienceDaily: Researchers Reprogram Normal Tissue Cells Into Embryonic Stem Cells, June 7, 2007
- Wikipedia – reprogramowanie epigenetyczne
- Maherali, N, et al., (2007) Directly Reprogrammed Fibroblasts Show Global Epigenetic Remodeling and Widespread Tissue Contribution. Stem Cell.