Как можно с легкостью изменить тип клетки?
С некоторыми оговорками можно сказать, что клетки не изменяют свой тип после специализации – к примеру, клетки сердца никогда не станут клетками мозга. Результаты исследований ученых из Университета Санта-Барбары (Калифорния, США) раскрыли метод изменения типа клетки посредством процесса, называемого трансдифференциацией. Их работа была опубликована в журнале Development. Используя Caenorhabditis elegans (свободноживущая нематода) в качестве экспериментальной модели, ведущий исследователь Мисти Риддл (Misty Riddle), аспирант Лаборатории Ротмана, на основе фактора транскрипции ELT-7 за один этап преобразовал клетки глотки круглого червя в клетки кишечника. Каждая клетка обладает генетическим потенциалом для того, чтобы стать клеткой любого типа. Однако история жизнедеятельности клетки, а также получаемые ею сигналы изменяют факторы транскрипции и определяют будущий тип клетки. Фактор транскрипции – это протеин, который регулирует активацию генов.
«Это удивительное открытие, поскольку ранее считалось, что только от клеток ранних стадий эмбрионального развития можно было с такой легкостью добиться изменения их идентичности, - говорит Риддл. – Клетки-предшественники, которые мы изменили, могут быть модифицированы и перепрограммированы в соответствии с результатами нашего тестирования».
Изменение типа клетки с целью замены потерянной или поврежденной ткани является основной задачей регенеративной медицины. Камнем преткновения является то, что клетки очень сложно заставить изменить их идентичность после того, как они превратились в клетки определенного типа.
«Наше открытие означает, что можно напрямую создать ткань или орган определенного типа из другого типа клеток, - говорит Джоель Ротман (Joel Rothman), профессор факультета молекулярной, клеточной биологии и онтогенетики Университета Санта-Барбары, который возглавляет Лабораторию.
Риддл и его коллеги попробовали превратить все клетки Caenorhabditis elegans в клетки кишечника, но на это оказались способны лишь клетки глотки. «Мы пробовали клетки кожи, мышцы, нейроны, но выяснилось, что только клетки глотки способны трансформироваться, - объясняет Риддл. – И это поднимает ряд важных вопросов. Почему нельзя изменить идентичность других клеток? Какие особенности клеток глотки позволяет им становится клетками кишечника?»
«Поскольку Caenorhabditis elegans являются отличной исследовательской моделью, мы действительно можем найти ответы на эти вопросы, – продолжает она. – Отсекая некоторые гены и направляя развитие организма, мы сможем понять, какие условия необходимы для того, чтобы клетки мышц и кожи могли изменить свою идентичность. Это позволит нам выяснить, какими особенностями обладают клетки глотки».
Предыдущие исследования Лаборатории Ротмана выявили каскад факторов транскрипции, которые требуются для нормального развития кишечника Caenorhabditis elegans. Используемый на поздних стадиях развития кишечника ELT-7 сохраняется на протяжении всей жизни организма и выполняет важные функции по развитию и функционированию кишок.
Это исследование является революционным, поскольку ученые убедительно доказали, что сущность клетки не ограничивается ее первоначальной идентичностью. «Представьте, что это отдельные комнаты в доме, - говорит Риддл. – Точно также как и клетки, различные комнаты в доме обладают разным устройством и функциями. Вероятно, изменить функции комнаты несколько проще в том случае, если комнаты имеют одинаковую структуру, к примеру, если это спальная и гостиная. Также как одни комнаты проще перестроить в другие, некоторые типы клетки также проще заставить превратиться в другие клетки определенного типа. Кажется, что это не зависит от соотносимости клеток на основе места их появления или их генеалогической сопоставимости».
Возможно, клетки сердца все-таки могут стать клетками мозга.
Еще один важны результат исследования Университета Санта-Барбары заключается в том, что клетки перестраивались в результате продолжительного процесса; существовали стадии процесса превращения, в которых клетки обладали смешанными признаками. «Вновь обратимся к примеру с перестройкой дома, - говорит Риддл. – Диван и телевизор уже перенесли в спальню, а кровать и комод еще не убрали».
«Ключевое значение нашего исследования заключается в том, что мы наблюдали процесс трансформации клеток, в котором одни специализированные типы клеток превращаются в клетки совершенно иного типа, - говорит Ротман. – Это означает, что возможно напрямую превратить одну клетку в другую. В рамках нашего понимания биологических ограничений идентичности клеток мы выявили, что барьер, который, как мы полагали, полностью препятствует изменению идентичности, на самом деле, не существует. Когда-нибудь будет возможно изменить один орган на другой».
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru