Перепрограммированные клетки известны как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Исследователи могут создавать ИПСК из клеток крови или кожи пациента и использовать эти специфичные для пациента клетки для изучения заболеваний или даже создания новых тканей, которые можно было бы трансплантировать обратно пациенту в качестве терапии.Первоначально лауреат Нобелевской премии и старший исследователь Гладстона Яманака, доктор медицинских наук, и штатный исследователь Такахаши, доктор философии, идентифицировали четыре гена — сокращенно O, S, K и M — которые заставляют клетки превращаться в ИПСК. Было известно, что гены O, S и K помогают клеткам становиться плюрипотентными, что позволяет им производить любой другой тип клеток в организме.
Однако роль гена M (сокращенно MYC) не ясна. Они знали, что, добавляя MYC, они могут перепрограммировать клетки на 10 процентов более эффективно. Но они не знали почему.Двенадцать лет спустя Яманака и Такахаши наконец определили роль MYC в этом важном процессе перепрограммирования, ответив на несколько нерешенных вопросов.
Их результаты опубликованы сегодня в научном журнале Cell Reports.Они обнаружили, что MYC помогает клеткам обойти серьезное препятствие в этом процессе. Они также обнаружили, что в некоторых случаях MYC на самом деле не нужен взрослым клеткам для успешной трансформации в iPSC.Сила трех открытий
Чтобы перепрограммировать клетки, ученые обычно добавляют четыре гена (O, S, K и MYC) в чашку, содержащую взрослые клетки. Это позволяет клеткам начать размножаться, что является отличительной чертой стволовых клеток.
Но через три дня клетки внезапно сталкиваются с препятствием и перестают размножаться или размножаться. Затем, на седьмой день, клетки снова начинают размножаться и превращаются в ИПСК.Если исследователи не добавляют MYC в чашку, клетки проходят тот же процесс, но они никогда не преодолевают препятствие, поэтому они не могут успешно преобразоваться в iPSC.«Мы поняли, что MYC, по-видимому, помогает клеткам обойти это препятствие, и что это должно происходить для взрослых клеток, чтобы превратиться в iPSC, но мы все еще не совсем понимали, как MYC сделал это», — объяснил Такахаши. «Интересно, что мы смогли это выяснить благодаря трем открытиям, которые произошли независимо в лаборатории, когда люди работали над разными вещами».
Первое открытие помогло им найти ранний индикатор способности клетки завершить перепрограммирование. Это также позволило им легко определить, когда возникнет препятствие, предоставив ценную временную ссылку для последующих выводов.
Второе открытие явилось результатом отдельного проекта, посвященного белку под названием LIN41. Ученые обнаружили, что, если они заменили MYC на LIN41 в коктейле генов, участвующих в репрограммировании, то есть если бы они использовали O, S, K и LIN41, они могли бы преобразовать взрослые клетки в ИПСК с такой же эффективностью.«Это было странно, потому что это означало, что вопреки нашему мнению, MYC не нужен для эффективного репрограммирования клеток», — сказал Тим Рэнд, доктор медицинских наук, научный сотрудник Gladstone и первый автор исследования. «Оказывается, добавление LIN41 в целом позволяет избежать препятствий, которые мешают преобразованию ячеек в iPSC».
Команда обнаружила, что при использовании комбинации O, S, K и LIN41 взрослые клетки не прекращают размножаться после третьего дня. Вместо этого они продолжают размножаться, как будто ничего не произошло, и успешно завершают процесс перепрограммирования. Это связано с тем, что LIN41 блокирует другой белок, называемый p21, который вызывает препятствие.
Третье открытие оказалось еще более удивительным. Он показал, что в конкретной клеточной линии ни MYC, ни LIN41 не нужны для усиления репрограммирования.Ученые прошли тот же процесс, используя клетки опухолевого происхождения, которые непрерывно размножаются. Затем они удалили LIN41, и ничего не произошло.
Озадаченные, они попытались удалить MYC, и снова ничего не изменилось.«Этот результат был для меня очень шокирующим», — сказал Рэнд. «Учитывая все, что мы думали, что знаем о MYC и LIN41 в то время, мы не могли понять, почему эти гены были настолько полезны для репрограммирования соматических клеток, но абсолютно бесполезны при репрограммировании опухолей. В конце концов, когда мы поняли, как они подходят, это было такая полезная информация.Она заставила нас понять, что определенные типы клеток могут случайно выполнять роль MYC и LIN41 во время перепрограммирования — отключать ответ p21.
Если бы я мог пережить тот день снова, я бы позаботился о том, чтобы это был большой праздник. "Рэнд и остальная часть команды поняли, что без p21 нет препятствий, поэтому LIN41 не нужен, чтобы избежать этого. Они также показали, что MYC в основном полезен, потому что активирует LIN41. Таким образом, без контрольно-пропускного пункта p21 MYC также не нужен.Внесение ясности в сложный процесс
Благодаря этим многочисленным открытиям ученые из Гладстона заметили, что в процессе перепрограммирования задействованы многие гены и белки, важные для биологии рака. Фактически, они считают, что препятствие на пути к предотвращению размножения клеток — это то же самое, что препятствует распространению рака.«Когда биологи-раковые биологи добавляют к клетке определенные факторы, которые должны привести ее к раку, клетка паникует и, чтобы защитить себя, перестает размножаться», — сказал Такахаши. «Мы думаем, что здесь происходит то же самое, потому что клетки реагируют на перепрограммирование, как если бы это был рак.
Дело не в том, что они пытаются заблокировать превращение клеток в ИПСК, но они просто никогда раньше не подвергались этому процессу. и не знаю, как реагировать ".Новое исследование объясняет многие важные действия, связанные с перепрограммированием клеток, и развенчивает некоторые ведущие теории о роли MYC в этом процессе.«В течение долгого времени вся область собирала данные о MYC, LIN41 и других генах и белках, не зная, что большая часть из них означает», — сказал Яманака, который также является директором Центра исследований и применения iPS-клеток (CiRA). ) в Киотском университете и профессором Калифорнийского университета в Сан-Франциско. «Наше исследование, наконец, позволяет нам четко понять все данные и ответить на вопросы о роли и важности многих из этих элементов».
Имея более четкую картину процесса перепрограммирования, область регенеративной медицины теперь может опираться на эти открытия, чтобы ответить на следующий набор животрепещущих вопросов.