Пятница, 20 Июль 2018 20:19

Белок NKX3-1 играет решающую роль в перепрограммировании стволовых клеток

Автор  Мельникова Елена
Оцените материал
(1 Голосовать)

Американские исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) обнаружили белок, который играет решающую роль в перепрограммировании зрелых клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК). Результаты были опубликованы 16 июля 2018 года в Nature Cell Biology.

Более ранние исследования показали, что протеин NKX3-1 участвует в развитии простаты и подавлении опухолей. Он может заменить один из четырёх белков, которые впервые идентифицировал в 2007 году исследователь стволовых клеток доктор Шинья Яманака (Shinya Yamanaka), и успешно использоваться в перепрограммировании зрелых клеток в иПСК.

Данное открытие проливает свет на клеточную трансформацию и может стать новым методом создания иПСК. Исследователи использовали уникальную лабораторную модель перепрограммирования клеток, которая синхронизирует самые ранние этапы процесса.

«Это важнейший регулятор, который нельзя обнаружить при помощи других методов», - говорит доктор Хелен Блау (Helen Blau), профессор микробиологии и иммунологии. «Он появляется в течение двух часов после начала перепрограммирования, а затем он пропадает. Но его роль критически важна. Если его убрать, перепрограммирования не будет».

Яманака получил Нобелевскую премию в 2012 году за открытие метода перепрограммирования зрелых клеток таких, например, как клетки кожи, при помощи всего лишь четырёх белков, названных факторами Яманаки. С тех пор многие исследователи во всём мире использовали данный метод получения иПСК для исследований или потенциального клинического применения.

Факторы Яманаки (Oct4, Sox2, cMyc и Klf4) были идентифицированы, поскольку они активно экспрессируются в эмбриональных стволовых клетках мышей и людей. Зрелые клетки под их воздействием обращают впять развитие и возвращаются к состоянию стволовых, начиная самостоятельно экспрессировать Oct4.

Однако данный процесс вызывает опасения учёных, поскольку cMyc и Oct4 являются онкогенами, которые могут вызывать раковые заболевания при сверхэкспрессии в нормальных клетках. Исследователи считают, что понимание механизма перепрограммирования позволит создать новые способы получения стволовых клеток, которые будут безопаснее для клинического применения.

К сожалению, большинство происходящих в первые часы перепрограммирования процессов остаются загадкой. Отчасти причина этого кроется в том, что только 1 из 1000 клеток, обработанных факторами Яманаки, успешно трансформируется. Кроме того, у каждой клетки этот процесс индивидуален и отличается по времени.

«Сложно было разобраться с ранними регуляторами перепрограммирования в плюрипотентное состояние», - говорит Блау. «Процесс носит крайне гетерогенный и асинхронный характер, поэтому самые ранние события сложно изучить».

Чтобы решить данную проблему, ведущий автор исследования доктор Тах Май (Thach Mai) использовал успешную модель слияния клеток, разработанную Блау в 1980-х годах. Этот метод продемонстрировал, что взрослые специализированные клетки человека, такие как гепатоциты и клетки кожи, после объединения с мышечными волокнами мышей могут начать экспрессировать гены, специфичные для мышц. Это было первое доказательство того, что зрелые клетки можно направить по различным путям развития при определённых условиях.

В новом исследовании Май объединил клетки кожи человека (фибробласты) с эмбриональными стволовыми клетками мышей. После слияния факторы стволовых клеток быстро и эффективно перепрограммировали ядра фибробластов в чётко установленные и ожидаемые сроки. Такие «объединённые» клетки называются гетерокарионами. Они позволили Май и его коллегам подробно отслеживать закономерности экспрессии генов и модификации ДНК в течение первых 24 часов перепрограммирования.

Использование гетерокарионной модели позволило группе учёных обнаружить, что NKX3-1 экспрессируется в течение примерно двух часов после начала перепрограммирования, однако затем быстро исчезает.

При блокировании экспрессии данного белка факторы Яманаки не способны трансформировать человеческие фибробласты, что указывает на важную роль NKX3-1 в превращении зрелых клеток в стволовые. Исследователи также обнаружили, что искусственное добавление NKX3-1 может заменить Oct4 в перепрограммировании клеток без потери эффективности.

Кроме того, учёные также показали, что экспрессия NKX3-1 необходима для активации производства собственного белка Oct4 в клетках и для других генетических изменений, которые облегчают перепрограммирование.

В настоящее время Блау с коллегами намерены продолжить изучение самых ранних этапов перепрограммирования клеток в плюрипотентные с использованием нового подхода.

«Перепрограммирование полностью меняет судьбу клетки. Мы хотим понять механизмы и сигнальные пути, которые опосредуют такое замечательное изменение», - сказала Блау.

Прочитано 321 раз
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии