Учёные открыли способ получения универсальных стволовых клеток
Учёные из Немецкого исследовательского центра по охране окружающей среды при Гельмгольц Центрум Мюнхен (Helmholtz Zentrum München — German Research Center for Environmental Health) идентифицировали специфическую популяцию плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток, которые могут быть перепрограммированы в тотипотентно-подобные клетки в культуре. Кроме того, исследователи, опубликовавшие статью с результатами 18 декабря 2017 года в Nature Genetics, определили факторы и механизм данного перепрограммирования.
Пластичность стволовых клеток – это способность создавать различные типы клеток. После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом образуется клетка (зигота), которая на ранних этапах развития обладает высокой пластичностью – из неё формируются все типы клеток организма. Поэтому клеточная пластичность необходима для существования сложных многоклеточных организмов, таких, как человек.
Зигота на первой стадии дробления делится на две клетки, которые называются бластомерами. Эти клетки обладают наибольшей пластичностью: они тотипотентны – это значит, что они могут создать полноценный организм, включая экстраэмбриональную плацентарную ткань. Эмбриональные же стволовые клетки плюрипотентны — они могут произвести все клетки организма, за исключением экстраэмбриональных.
В культуре эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) небольшая популяция (около 1%) спонтанно превращается в клетки, похожие на тотипотентные клетки эмбриона на двухклеточной стадии дробления зиготы. Такие клетки называют 2-cell-like cells (2CLCs).
В настоящем исследовании группа профессора Марии Елены Торрес-Падильи (Maria Elena Torres-Padilla) намеревалась определить специфическую молекулярную природу данных клеток и механизм их превращения.
Целью команды было получение представления о молекулярных особенностях тотипотентности и изучение процесса изменения пластичности клеток. Конечной целью группы было исследование поведения тотипотентных клеток для того, чтобы иметь возможность манипулировать ими и создавать их in vitro.
Команда начала со сравнения генов, экспрессируемых в ЭСК и в 2CLC. Для этого они использовали эмбриональные стволовые клетки, синтезирующие зелёный флуоресцентный белок, когда клетки начинают экспрессировать ген MERVL.
«MERVL – это ретротранспозон, экспрессируемый клетками 2-cell-like», — объясняет Диего Родригес-Терронс (Diego Rodriguez-Terrones), аспирант лаборатории Торрес-Падильи и один из первых авторов статьи. «Использование данной клеточной линии позволило нам отделить 2-cell-like клетки от ЭСК в культуре, отбирая зелёные клетки, которые перешли в состояние 2CLC. Затем мы сравнили экспрессию генов в обоих типах клеток».
Такой транскриптом анализ отдельных клеток с последующим компьютерным анализом позволил учёным идентифицировать профили экспрессии генов в клетках в процессе трансформации ЭСК в 2CLC.
Команда обнаружила, что в течение переходного периода клетки экспрессировали возрастающее количество гена, кодирующего транскрипционный фактор Zscan4.
Исследователи создали специализированную клеточную линию, которая синтезировала красный флуоресцентный белок при экспрессии Zscan4. Визуализация живых клеток подтвердила, что большинство клеток покраснело (стало Zscan4-положительными), прежде чем стать зелёными (MERVL-положительными 2-cell-like клетками).
«Это наблюдение в сочетании с транскриптомными данными говорит о том, что клетки проходят через промежуточную стадию перед превращением в 2-cell-like клетки», — сказала Мария Елена Торрес-Падилья.
«Основываясь на этих явно упорядоченных изменениях в экспрессии генов, мы хотели выяснить, что могло бы управлять переходом в состояние 2CLC. Эта информация будет иметь решающее значение для более глубокого понимания ключевых регуляторов пластичности клеток».
Чтобы определить регуляторы хроматина, которые могут способствовать перепрограммированию клеток, команда выполнила скрининг siRNA с нарушенной экспрессией более 1000 генов, чтобы увидеть, как это повлияет на возникновение 2CLC.
«Результаты скрининга были необычными, поскольку мы идентифицировали множество новых белков, которые регулируют появление 2CLC», — сказал доктор Ксавье Гаум (Xavier Gaume), один из первых авторов статьи.
Особый интерес вызывает то, что снижение уровней специфического хроматинового фактора (Ep400/Tip60) приводит к большему количеству 2CLC. Поскольку Ep400/Tip60 участвует в уплотнении хроматина, то это наблюдение обнаруживает интересную связь между хроматиновой «открытостью» и увеличением пластичности клеток.
