Недавно журнал Nature опубликовал статью испанских ученых из мадридского Национального центра онкологических исследований (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas), рассказавших об уникальном достижении – впервые они заставили клетки в живом организме превратиться в стволовые клетки. Руководит группой, осуществившей это перепрограммирование клеток, Мануэль Серрано (Manuel Serrano).
В 2012 году Синъя Яманака (вместе с Джоном Гёрдоном) получил Нобелевскую премию за то, что смог превратить взрослую клетку в эмбриональную стволовую, фактически, повернув жизнь клеток вспять. Каждый организм развивается из одной клетки. У млекопитающих эта клетка образуется при оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом, она делится, и впоследствии из нее образуются все клетки организма. Способность превращаться в клетку любого типа называется плюрипотентностью. На ранних этапах деления оплодотворенной яйцеклетки все клетки одинаковые. Если их разделить механически (бывает, что такое происходит само по себе), из них разовьются однояйцевые близнецы. Среди клеток взрослого организма есть клетки совершенно не похожие друг на друга. Они могут заметно различаться формой, размером, внутренним содержанием и, главное, выполняемыми функциями. Превращаться друг в друга они не могут. Исключение составляют только несколько разнородных популяций стволовых клеток, каждая из которых может давать начало нескольким типам клеток, но далеко не всем.
Всего типов клеток в зрелом организме млекопитающих более двухсот. Понятно, что эмбриональные стволовые клетки, если научиться превращать их в нужный тип клеток по заказу, станут совершенно незаменимы в регенеративной медицине. Такие работы постоянно ведутся на протяжении последних десятилетий, в них, как правило, выясняется, что добавление какого-нибудь вещества или активация определенных генов, или новое микроокружение, или изменение физических условий подталкивают клетку выбрать определенный путь развития.
До недавнего времени, однако, раз выбрав путь развития, клетка не могла вернуться обратно и снова стать способной превратиться во что угодно. Это тем более было бы полезно, что во многих странах действуют запреты или ограничения на получение эмбриональных стволовых клеток, а что уж говорить о фундаментальном значении.
В 2006 году Синъя Яманака опубликовал работу, в которой описывалось получение эмбриональных стволовых клеток из фибробластов (клеток соединительной ткани) взрослых мышей. Для того чтобы понять, как именно это было сделано, надо понять, от чего именно зависит судьба той или иной клетки. Почти все клетки взрослого организма содержат один и тот же набор одинаковых генов с одними и теми же регуляторными элементами. Почему же тогда они разные? Оказывается, что в разных клетках одни и те же гены могут быть более или менее активны, а могут быть и вовсе выключены. На активность генов могут влиять самые разные события, происходящие внутри и вне клетки: например, повышение температуры, дефицит кислорода, сигналы, поступающие от соседних клеток или от организма в целом, поломки в ДНК, и вообще почти все, что угодно.
Одни из посредников такого влияния – факторы транскрипции. Факторы транскрипции – это белки, которые помогают РНК-полимеразе (ферменту, который должен создать цепь РНК на основе генетической информации, записанной в ДНК) попасть в нужное место генома. Для разных случаев существуют разные транскрипционные факторы. В своей работе Такахаси и Яманака фактически случайным образом перебрали 24 транскрипционных фактора, про которые было известно, что без них эмбриональные стволовые клетки утрачивают свою плюрипотентность и начинают дифференцироваться. Из них удалось выбрать четыре таких, что их искусственное введение в фибробласты превращало фибробласты в плюрипотентные стволовые клетки. Хотя они не были полностью идентичны эмбриональным стволовым клеткам, они обладали всеми их основными свойствами и, главное, могли дифференцироваться в любые зрелые клетки. Такие клетки получили название индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS).
В экспериментах Яманаки манипуляции производились in vitro, клетки оказывались лишены привычного окружения и находились в необычных для себя условиях. Группе Мануэля Серрано удалось получить клетки, еще меньше отличающиеся от эмбриональных стволовых клеток, благодаря тому, что модификации клеток производились прямо в организме мышей.
Те же четыре фактора транскрипции, что и в работах Яманаки, контролируемо активировались в организме мышей. После того как удалось подобрать нужный уровень активности факторов, в крови мышей начали обнаруживаться iPS клетки, а в теле тератомы – образования, состоящие из клеток самых разных типов, считающиеся критерием успешного перепрограммирования клеток. По данным лабораторных тестов iPS клетки, полученные in vivo, то есть в живых мышах, гораздо больше похожи на эмбриональные стволовые клетки, полученные in vitro, как в экспериментах Яманаки. При использовании в терапевтических целях эта разница может стать решающей, а, кроме того, процедура станет удобнее и безопаснее.
