Трансдифференцировка клеток совершенствуется

"Только те, кто предпринимает абсурдные попытки, могут достичь невозможного" - это высказывание Альберта Эйнштейна красуется на сайте профессора Мариуса Вернига (Marius Wernig), невропатолога австрийского происхождения, работающего в США, в Институте биологии стволовых клеток и регенеративной медицины Стэнфордского университета.

Похоже, в своей научно-исследовательской деятельности ученый и впрямь руководствуется этим тезисом. Во всяком случае, чуть более двух лет назад возглавляемая им группа биологов произвела подлинную сенсацию, превратив мышиные клетки кожи в нервные клетки. Правда, сходное перепрограммирование (или, как его называют в науке, трансдифференцировка) взрослых региональных соматических клеток впервые было произведено несколько раньше двумя другими группами ученых, но у них этот процесс шел в две стадии (соматическая клетка превращалась в индуцированную плюрипотентную, и лишь потом та - в другую соматическую).

Кроме того, превращение длилось более месяца, а его эффективность составила один процент. Профессор Верниг значительно ускорил трансдифференцировку (она заняла всего несколько дней) и довел ее "КПД" до 20 процентов. Кроме того, его группе впервые удалось произвести такое превращение напрямую, то есть минуя промежуточную стадию стволовых клеток.

Эффективность превращения - 200 процентов

Полученные результаты поразили не только коллег профессора Вернига, но и его самого: "Во всяком случае, я был изрядно удивлен тем, как все это замечательно сработало и что полученные нами нейроны обладали, судя по всему, практически такими же функциональными свойствами, что и обычные клетки головного мозга".

Работа стэнфордских ученых стала мощным стимулом для других групп исследователей. В том числе и для специалистов Института реконструктивной нейробиологии Боннского университета во главе с профессором Оливером Брюстле (Oliver Brüstle). Кстати, под его научным руководством одно время работал и тогда еще совсем молодой Мариус Верниг.

Теперь же профессору Брюстле удалось оптимизировать методику стэнфордских коллег и существенно повысить ее эффективность. Важно также, что боннские ученые работают не с мышиными, а с человеческими клетками - фибробластами. "Сегодня мы в состоянии превратить в нейроны бóльшую часть колонии клеток кожи, конкретно - до 80 процентов, - говорит профессор Брюстле. - При этом общая эффективность процесса может достигать 200 процентов. Это объясняется тем, что при трансдифференцировке клетки еще и делятся".

Два транскрипционных фактора вместо трех

Таким образом, из каждой клетки кожи можно получить два нейрона. Культура клеток кожи выращивается на питательных средах в чашах Петри в специальных инкубаторах при температуре 37 градусов Цельсия. Чтобы запустить механизм их превращения в нервные клетки, необходимы определенные генетические факторы и биохимические команды.

Мариусу Вернигу в ходе его экспериментов понадобилось три генетических фактора, боннские исследователи обошлись двумя. Эти так называемые факторы транскрипции представляют собой белки, связывающиеся с определенными участками ДНК и тем самым контролирующие процесс синтеза матричной РНК. Генетические факторы вводятся в клетки с помощью вирусных векторов. А в качестве биохимических команд боннские ученые применили три низкомолекулярных вещества, просто добавляя их в питательную среду. При правильном сочетании всех компонентов клетки кожи начинают постепенно - но довольно быстро превращаться в нейроны.

Управляемые клеточные превращения

Это прекрасно видно в микроскоп, поясняет Юлия Ладевиг (Julia Ladewig), научная сотрудница лаборатории Института реконструктивной нейробиологии и соавтор статьи, описывающей разработку и опубликованной в научном журнале Nature Methods: "Клетки кожи - очень плоские и большие. А нейроны - напротив, очень маленькие, если иметь в виду тело клетки, зато обладают отростками. То есть в морфологическом отношении, с точки зрения строения и формы, их не спутаешь, это совершенно разные клетки".

Боннские исследователи уже испробовали свой метод трансфдифференцировки и на клетках пуповинной крови - с тем же успехом. Важным достоинством этого метода является его простота - относительная, конечно. Юлия Ладевиг говорит: "Замечательно в этой системе то, что ее можно как бы включить. Мы можем по желанию запустить механизм превращения: активировать те гены, которые мы внедрили в эти клетки, теми веществами, которые мы добавляем в питательную среду. До тех пор, пока гены не активированы, никакой трансдифференцировки не происходит".

В перспективе - клиническая практика

Ученым удалось пронаблюдать, как в процессе превращения активность генов, специфических для фибробластов, постепенно снижалась, а активность генов, специфических для нейронов, возрастала. Практически новый метод придает взрослым соматическим клеткам такую же способность дифференцироваться в клетки той или иной ткани, какими от природы обладают только стволовые клетки.

По мнению профессора Брюстле, это открывает новые возможности перед регенеративной медициной: "Идея сводится к тому, чтобы из таких клеток кожи получить стволовые клетки определенной ткани - в данном случае нервной - и в незрелом состоянии трансплантировать их пациенту". Перепрограммированные в лаборатории клетки могли бы помочь, скажем, больным, страдающим паркинсонизмом или рассеянным склерозом. По крайней мере, исследователи на это надеются. Но понимают, что путь из лаборатории в клиническую практику может занять не один год.