Учёные превратили клетки кожи в нейроны с помощью химического «коктейля»

Две исследовательские лаборатории в Китае независимо друг от друга смогли превратить клетки кожи в нейроны при помощи химических веществ. Одна группа учёных использовала клетки здоровых людей и пациентов с болезнью Альцгеймера, а другая – клетки мышей. Обе статьи с результатами исследований опубликованы 6 августа 2015 года в журнале Cell Stem Cell.

Одним из существенных недостатков при перепрограммировании клеток является их возможное функциональное несоответствие целевым клеткам даже при общей внешней схожести. В обеих публикациях исследователи предоставили доказательства того, что у нейронов, полученных с помощью индуцирования транскрипционными факторами, экспрессия генов, формирование синапсов и функциональная активность схожи с таковыми у нейронов, полученных с помощью химического «коктейля» (обе исследовательские группы использовали комбинацию из семи небольших молекул, но различные протоколы, т.к. работа проводилась с клетками разных видов).

«Мы обнаружили, что процесс трансформации, индуцированный нашей химической стратегией, сопровождается даун-регуляцией специфических для клеток кожи генов и повышенной экспрессией факторов транскрипции нейронов. Благодаря координированию нескольких сигнальных путей, эти небольшие молекулы модулируют экспрессию гена транскрипционного фактора нейронов, тем самым способствуя превращению клеток кожи в нейроны», — говорит одна из авторов исследования клеток человека, Цзянь Чжао (Jian Zhao) из Шанхайского Института Биологических Наук (Shanghai Institutes for Biological Sciences) и Университета Тонджи (Tongji University).

Авторы добавляют, что прямая трансформация минует пролиферативный промежуточный этап предшественников, обходя вопрос безопасности, поставленный другими методами репрограммирования.
Работа Чжао, которой руководил биолог Ган Пэй (Gang Pei), показывает, что химический протокол можно использовать для создания нейронов пациентов с болезнью Альцгеймера. Большинство работ с использованием стволовых клеток пациентов было проведено с использованием транскрипционных факторов – молекул, регулирующих экспрессию генов в клетках. В результате исследователи получали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК).

Перепрограммирование клеток с помощью химических соединений – альтернатива для моделирования заболеваний или даже потенциальной терапии замещения клеток неврологических болезней. Однако испытания методик всё ещё продолжаются.

«По сравнению с применением трансгенных факторов репрограммирования, малые молекулы, используемые в химическом подходе, свободно проникают в клетки, легко и экономически выгодно синтезируются, без труда хранятся и стандартизируются, а их воздействие обратимо. Кроме того, использование малых молекул можно корректировать, изменяя концентрацию и продолжительность воздействия.

Также данный метод обходит технические проблемы и проблемы безопасности манипуляций с генетическим материалом, что весьма перспективно для использования данного подхода в будущем», — говорит один из авторов исследования на мышах, Хун Дэн (Hongkui Deng) из Центра Исследования Стволовых Клеток Пекинского Университета (Peking University Stem Cell Research Center).

В течение четырёх лет Дэн сотрудничал с Чжань Чай (Zhen Chai) и Ян Чжао (Yang Zhao) из Пекинского Университета над обнаружением малых молекул, которые могли бы помочь в создании химически индуцированных нейронов мыши. Несколько лет учёные были близки к цели, но для завершения репрограммирования всегда был необходим транскрипционный фактор.

После многократных серий химического скрининга исследователи определили ключевой «ингредиент», подавляющий транскрипцию в клетках кожи — I-BET151. Затем они подобрали оптимальные этапы и условия созревания нейронов после трансформации.

Авторы обеих работ намереваются подробнее изучить процесс химически индуцированного репрограммирования клеток и создать более эффективные протоколы.

Несмотря на то, что результаты исследований достаточно перспективны, необходимо провести ряд дополнительных испытаний для оценки безопасности и возможностей клинического применения.