Загадки генетики Стволовые клетки и репрограммирование
На ранних стадиях развития зародыша все клетки абсолютно одинаковые. Они такие же, как исходная зигода (оплодотворённая яйцеклетка), из которой и получаются простым делением. Это так называемые стволовые клетки. Но чтобы построить организм, нужны клетки печени, лёгких, сердца, мозга и многих-многих других органов. Как же превращаются абсолютно идентичные стволовые клетки в специализированные или дифференцированные, как говорят биологи?
Ключевую роль здесь играют специальные регуляторные белки. Называют их транскрипционными факторами (ТФ). ТФ существует великое множество. Каждый из них запрограммирован на определённую последовательность нуклеотидов на межгенном участке ДНК. Он связывается с этим участком одной своей частью, а другой касается РНК-полимеразы. Последняя воспринимает это касание как сигнал начать считывание мРНК именно с того гена, вначале которого и сел ТФ.
Таким образом, связывание одного из ТФ с определенным участком ДНК включает в работу соответствующий ген. Результатом этого становится то, что в стволовой клетке синтезируется новый белок. А то, какие гены включать, а какие выключать, и определяет различие между разными клетками, несмотря на то, что геном у них абсолютно идентичный. Получается, что репертуар присутствующих в клетке ТФ и определяет её природу.
В многоклеточном организме этот репертуар как-то зависит от внешних условий, в которых оказывается определённая клетка, и эта зависимость очень сложная. Но что будет, если вырвать клетку из нормального окружения и попробовать изменить её программу. То есть репрограммировать её так, чтобы, скажем, из клетки кожи она превратилась в клетку печени или почки. Или превратить её опять в стволовую клетку, чтобы использовать в клеточной терапии.
В 2006 году двое японских учёных из университета в Киото, Шиня Яманака и Казутоши Такахаши, провели следующие опыты. Методами генной терапии, то есть путём впрыскивания в клетку специально приготовленной вирусной ДНК, они стали вводить в мышиные фибробласты (клетки соединительной ткани) гены абсолютно разных ТФ. Используя методы генной инженерии, учёные так приготовили вирусную ДНК, что, когда она попала в клетку, вставленные в неё гены ТФ активно включились. Результатом стало то, что появилось значительное количество введённых извне ТФ.
Яманака и Такахаши перепробовали множество комбинаций – ничего путного не получалось. Но вот, после введения в клетку смеси из четырёх определённых ТФ на их глазах фибробласты переродились в стволовые клетки.
Достижения японских учёных вызвало огромный интерес. В наши дни уже успешно проведены опыты по репрограммированию фибробластов человека в стволовые клетки. Тем самым открыт путь к наработке стволовых клеток, специфических для определённого пациента. А в 2010 году исследователи из Гарвардского Университета, используя тот же подход, нашли абсолютно другую комбинацию трёх ТФ. Она превращает одни дифференцированные клетки в другие.
Стремительность, с которой происходит развитие исследований в области стволовых клеток и клеточного репрограммирования, после сделанного японскими исследователями прорыва, просто поражает. Если так пойдёт дело и дальше, то, может быть, не придётся долго ждать появления совершенно новых методов борьбы с самыми разными болезнями, основанными на клеточной терапии.
