Учёным удалось расширить потенциал эмбриональных стволовых клеток
Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (University of California – Berkeley, США) создали методику перепрограммирования эмбриональных стволовых клеток мыши в тотипотентные клетки, подобные тем, что находятся в зиготе. Результаты исследования опубликованы 12 января 2017 года в журнале Science.
Плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) могут дифференцироваться в большинство тканей организма, но они не могут превратиться в клетки экстраэмбриональной ткани – плаценты или желточного мешка, как, например, одноклеточная оплодотворённая яйцеклетка или зигота, состоящая из двух клеток.
Группа учёных под руководством профессора Лин Хи (Lin He) обнаружила, что при блокировании специфической микроРНК ПСК могут дифференцироваться в клетки экстраэмбриональной ткани, что открывает новые перспективы применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСк) в регенеративной медицине.
Созданные учёными стволовые клетки, обладающие свойством тотипотентности, способны превращаться не только во все типы клеток эмбриона, но и в клетки, способствующие обмену питательных веществ между плодом и матерью.
Новые линии стволовых клеток помогут изучить ранние молекулярные процессы в эмбрионе на начальных стадиях развития. В конечном счёте данное исследование может увеличить количество типов тканей, получаемых из стволовых клеток.
Оплодотворённая яйцеклетка обладает полным потенциалом развития, производя все типы клеток, необходимых как для формирования плода, так и для его питания – клетки экстраэмбриональных тканей. Такое свойство тотипотентности наблюдается лишь на очень ранних стадиях эмбриогенеза.
В противоположность этому, большинство эмбриональных и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток ограничены в потенциале развития. Они способны создавать только клетки тканей эмбриона.
Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), полученные из 3,5-дневных зародышей мыши или 5,5-дневных зародышей человека, в последние несколько десятилетий вызывают повышенное внимание учёных. ЭСК позволяют выявлять генетические переключатели, контролирующие развитие специализированных тканей эмбриона. Также данные стволовые клетки обладают бесценным потенциалом восстановления тканей органов, которые самостоятельно не способны к регенерации, например, поджелудочной железы при диабете или сердечной мышцы при застойной сердечной недостаточности. Кроме того, ЭСК позволяют изучить ранние стадии генетических заболеваний.
В качестве альтернативы клеткам эмбрионов, учёные используют ИПСк, полученные из зрелых соматических клеток, обработанных коктейлем из транскрипционных факторов, в результате чего они регрессируют, приобретая свойства, схожие с ЭСК. Однако ни ИПСк, ни ЭСК не обладают свойствами оплодотворённой яйцеклетки, способной производить как эмбриональные, так и внеэмбриональные ткани.
МикроРНК – малые некодирующие РНК, которые не принимают участия в трансляции белков. Они регулируют процесс экспрессии генов. Лин Хи и её коллеги обнаружили, что микроРНК, известная как miR-34a, блокирует производство экстраэмбриональных тканей у ИПСк и ЭСК.
После генетического удаления данной микроРНК, эмбриональные и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки смогли дифференцироваться в клетки эмбрионов, плаценты и желточного мешка. В проведённых экспериментах около 20% ЭСК, лишённых miR-34a, продемонстрировали «расширенные» свойства.
«Удивительно, что манипулирование всего лишь одной молекулой микроРНК значительно увеличило возможности эмбриональных стволовых клеток. Это открытие не только идентифицировало новый механизм регуляции тотипотентных стволовых клеток, но и показало важность некодирующих РНК в судьбе стволовых клеток»,- сказала Лин Хи.
В настоящем исследовании группа Хи также обнаружила неожиданную связь между miR-34a и специфическим классом ретротранспозонов мыши. Долгое время считалось, что «мусорная ДНК» ретротранспозонов, составляющая значительную часть генома млекопитающих, является частью древней чужеродной ДНК. В течение многих десятилетий биологи полагали, что ретротранспозоны не играют никакой роли во время нормального развития, однако Хи предположила, что они могут играть важную роль в развитии эмбрионов.
