Исследователи разработали способ искусственного выращивания моторных нейронов, который не требует энергозатратного промежуточного этапа создания индуцированной плюрипотентной клетки – стволовой клетки, способной превращаться в любую клетку взрослого человека.
Метод позволяет культивировать из одной клетки кожи до 10 нейронов. В будущем такие искусственно выращенные нейроны могут помочь при лечении травм спинного мозга, требующих пересадки новых нейронов на место рубца. Исследование опубликовано в Cell System.
Несмотря на то, что все клетки человеческого организма имеют одинаковый геном, их функции, морфология и даже срок жизни сильно отличаются. Это обусловлено тем, что по мере специализации клетки многие гены «включаются» за счет присоединения различных химических групп к ДНК или модификации гистонов. Так происходит до тех пор, пока в активном состоянии – состоянии, когда последовательность ДНК доступна для транскрипции – не останутся только те гены, которые характерны для данного типа клеток. В этом процессе становления специализированной клетки ключевую роль играют транскрипционные факторы – белки, которые контролируют процесс включения-выключения целых групп генов в формирующейся клетке.
Ранее для того, чтобы, к примеру, превратить сформированную клетку кожи в нейрон, ученым нужно было воздействовать на начальную клетку специальным коктейлем транскрипционных факторов, который «возвращал» ее в исходное состояние – стволовой клетки. Так ученые получали плюрипотентные клетки, способные дифференцироваться в любую другую клетку человеческого организма. Затем на клетку во второй раз воздействовали транскрипционными факторами, на этот раз специфичными именно для нейронов.
Именно в случае с искусственным выращиванием нейронов из плюрипотентных клеток ученые часто сталкивались с тем, что клетки остаются в несформированном состоянии.
В действительности одной из причин, по которым нужен этап плюрипотентной клетки, становится то, что сформированные специализированные клетки практически невосприимчивы к воздействию транскрипционных факторов, характерных для другого типа клетки. Тем не менее, ученые обнаружили, что наиболее подвержены влиянию нейронных транскрипционных факторов те клетки, у которых частота пролиферации (прохождения клеточного цикла за единицу времени) повышена. Что удивительно, такие клетки производят собственные транскрипционные факторы клеток кожи (фибробластов) в крайне малых значениях. Ученые предполагают, что именно за счет этого транскрипционные факторы, характерные для нейронов, в чрезмерно пролиферированных клетках могут «победить» в конкуренции с фибробластными транскрипционными факторами.
Обнаружив эту закономерность, авторы работы разработали новый «коктейль» транскрипционных факторов, добавив в него гены, способствующие учащению пролиферации и сократив количество транскрипционных факторов нейронов до трех самых необходимых. Сокращение количества транскрипционных факторов позволило использовать только один вирусный вектор для доставки соответствующих генов, что значительно увеличило успешность перехода из одного фактора в другой.
Этот усовершенствованный метод значительно упрощает и удешевляет процесс репрограммирования клеток кожи в нейроны. В будущем исследователи планируют использовать его в качестве трансплантата при лечении различных травм спинного мозга.
Текст: Рената Тулакина