Доброе Мировое Зло (Миф)
Автор: Джагаров Дмитрий
Практически сбылась мечта средневековых алхимиков — найти секрет омоложения. Французским ученым удалось омолодить клетки столетних старцев, перепрограммировав их в состояние, подобное эмбриональному. Одно лишь омрачает столь многообещающую новость — после перестройки клетка становится опасной для своего собственного организма.
До недавнего времени для пожилых пациентов никак не удавалось получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) — а ведь именно им это может принести пользу в первую очередь.
читать дальше
Отличительной чертой живых организмов является способность к постоянному самовосстановлению — регенерации. Это понятие включает не только восстановление организмом утраченных частей тела и органов, но также и не столь заметные, но не менее важные процессы обновления тканей и клеток. Постоянную замену изношенным тканям обеспечивают стволовые клетки [1–4].
Однако с возрастом способность организма к регенерации тканей понижается. Это обусловлено множеством причин, в числе которых:
накопление в организме старых клеток, выделяющих токсины, которые ингибируют пролиферацию стволовых клеток [5];
снижение с возрастом количества стволовых клеток из-за возрастного ингибирования генов, поддерживающих их способность к размножению [5];
понижение способности стволовых клеток старого организма активировать регенерацию других клеток, что делает малоэффективным лечение пожилых пациентов путем клеточной терапии их собственными стволовыми клетками [6].
В опытах на крысах показано, что старые стволовые клетки теряют способность дифференцироваться в некоторые типы клеток (например, в кардиомиоциты); кроме того, они выделяют значительно меньшее количество ростовых факторов, в связи с чем падает их способность влиять на регенерацию путем паракринной стимуляции [7]. Поэтому для борьбы с заболеваниями старческого возраста было бы идеальным разработать методы, которые позволят омолодить собственные клетки пожилых людей.
Выяснилось, что омолодить клетки позволяет перепрограммирование соматических клеток человека в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Особенностью ИПСК является то, что они, подобно эмбриональным стволовым клеткам (ЭСК), способны дифференцироваться в различные типы клеток. Помимо универсальности, важным преимуществом ИПСК является то, что они могут быть получены из клеток взрослого организма (например, из клеток кожи или фибробластов) [3, 10]. Это позволяет брать клетки для клеточной терапии у самого пациента и таким образом избежать многих проблем, связанных с поиском доноров и вопросами этики, ограничивающих использование человеческих эмбрионов в качестве доноров.
Перепрограммирование соматических клеток в ИПСК приводит к их омоложению, о чем свидетельствует целый ряд показателей, например, восстановление длины теломеров — концевых участков хромосом, состоящих из коротких, следующих друг за другом повторов. У всех позвоночных эти повторы состоят из шести нуклеотидов TTAGGG. В каждом цикле репликации теломеры укорачиваются из-за особенностей ДНК-полимеразы — она не способна синтезировать копию ДНК до самого конца. Укорачивание теломер вызывает репликативное старение, так как со временем длина теломер на концах хромосом достигает критически малой длины, и деление клетки блокируется.
Перспективы применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) в терапев-тических целях. Соматические клетки пациента, полученные биопсией или из мочи, «перепрограммируются» в ИПСК. Затем их культивируют in vitro до необходимого количества и дифференцируют в нужный тип тканей для трансплантации. Помимо этого, полученные ИПСК можно использовать для лечения наследственных болезней, вызванных мутациями, внедрив в геном «терапевтические гены», которые возьмут на себя функции отсутствующих или неисправно функционирующих генов пациента. Такие исправленные ИПСК можно использовать для аутологичной клеточной терапии путем репопуляции пораженных тканей. ИПСК пациентов с генетическими заболеваниями можно использовать и для изучения патогенеза заболевания, или для разработки лекарств и скрининга. Данные, полученные на основе изучения культуры клеток, моделирующих конкретные заболевания, позволят выявить критические молекулярные и клеточные пути развития заболевания, что необходимо для разработки эффективной стратегии лечения. Картинка из [17].
Выяснилось, что перепрограммирование приводит к удлинению теломеров и их нормальному укорочению по мере дифференцировки ИПСК обратно в фибробласты [8]. Таким образом, при индуцированной плюрипотенции восстанавливается эмбриональная длина теломеров, а значит, увеличивается потенциальное число делений клетки, ограниченное так называемым лимитом Хейфлика.
Следует, однако, отметить, что ни ЭСК, ни ИПСК пока нельзя использовать в лечебных целях, так как, в отличие от эндогенных «взрослых» стволовых клеток организма, эти онтогенетически молодые клетки потенциально способны дать начало опухоли — так называемой тератоме, — свидетельствующей о том, что такие плюрипотентные клетки не всегда способны органично интегрироваться во взрослый организм. Если, однако, поместить ИПСК в ранний зародыш млекопитающего (на стадии бластоцисты), то они органично включаются в состав клеточной массы, и из такого эмбриона развивается нормальное животное [13]. Во взрослом же организме даже после дифференцировки стволовых клеток в соматические существует опасность их перерождения в раковые клетки [14].
В этой связи для непосредственного использования в регенеративной медицине пока подходят только мезенхимальные стволовые клетки (МСК). В отличие от онтогенетически молодых эмбриональных стволовых клеток или ИПСК, они не воспринимаются организмом взрослого человека как «чужаки», против которых необходимо мобилизовать иммунную систему, так как за время развития организма к ним развивается иммунологическая толерантность. Кроме того, они обычно не образуют тератом и не способны включиться в состав эмбриона [15]. Способность этих клеток существовать во взрослом организме, оставаясь плюрипотентными, может быть отчасти связана с их способностью влиять на функционирование иммунных клеток — они подавляют реакцию отторжения. Хотя возможно и то, что они каким-то образом подавляют морфогенетические сигналы со стороны окружающих их клеток или реагируют на них особым образом. Предполагается, что это связано с уникальным характером метилирования ДНК на участках, принадлежащих некоторым онтогенетически важным генам.
Все описанное выше справедливо, если пациент еще относительно молод — его клетки хорошо дедифференциируются в ИПСК. Однако чаще всего клеточная терапия требуется именно пожилым людям, а до недавнего времени считалось, что для перепрограммирования в ИПСК годятся только соматические клетки, полученные от пациентов не старше 60 лет.
И вот недавно французским исследователям группы Жан-Мари Лемайтра удалось подобрать состав перепрограммирующих факторов, позволяющий получать ИПСК от 70–100 летних пациентов [9]. Для этого исследователи добавили к стандартному набору четырех транскрипционных факторов Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc, используемых для получения ИПСК из клеток кожи молодых доноров [3, 10], еще два. Это ген белка NANOG и фактор Lin28, который блокирует созревание микроРНК let-7. Последние играют ключевую роль в подавлении регенерации и в активации клеточного старения, подавляя c-Myc, а также регулируя синтез факторов RAS (Ras GTPases) — эволюционно консервативный сигнальный путь регуляции старения [11]. Важно отметить, что вызываемая Lin28 блокировка созревания микроРНК let-7 может спровоцировать онкогенез [12].
Исследование ИПСК, полученных с использованием «коктейля» из этих шести факторов, показало, что клетки даже очень старых людей могут быть «омоложены» путем перепрограммирования в функционально активные ИПСК. Они были практически идентичны ЭСК человека и были способны к неограниченному делению и дифференциации в клетки любого типа.
Таким образом, доказано, что возраст не является непреодолимым препятствием для перепрограммирования соматических клеток в ИПСК. Теперь необходимо изучить пути «правильной» дифференцировки ИПСК, исключающие возможность их трансформации в опухолевые, и способы превращения ИПСК во взрослые стволовые клетки организма. После решения этих и других технических вопросов надежды на вечную молодость могут из сказки превратиться в быль.
Литература
биомолекула: «Ствол и ветки: стволовые клетки»;
биомолекула: «Снежный ком проблем с плюрипотентностью»;
биомолекула: «Была клетка простая, стала стволовая»;
биомолекула: «Щадящие стволовые клетки»;
Baker D.J. Wijshake T., Tchkonia T., LeBrasseur N.K., Childs B.G., van de Sluis B., Kirkland J.L., van Deursen J.M. (2011). Clearance of p16Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders. Nature 479, 232–236;
Ефименко А.Ю., Старостина Е.Е., Калинина Н.И., Парфенова Е.В. (2011). Влияние возраста на ангиогенные свойства мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия VI(3), 48–57;
Asumda F.Z., Chase P.B. (2011). Age-related changes in rat bone-marrow mesenchymal stem cell plasticity. BMC Cell Biol. 12, 44;
Yehezkel S., Rebibo-Sabbah A., Segev Y., Tzukerman M., Shaked R., Huber I., Gepstein L., Skorecki K., Selig S. (2011). Reprogramming of telomeric regions during the generation of human induced pluripotent stem cells and subsequent differentiation into fibroblast-like derivatives. Epigenetics 6, 63–75;
Lapasset L., Milhavet O., Prieur A., Besnard E., Babled A., Aït-Hamou N., Leschik J., Pellestor F., Ramirez J.M., De Vos J., Lehmann S., Lemaitre J.M. (2011). Rejuvenating senescent and centenarian human cells by reprogramming through the pluripotent state. Genes Dev. 25, 2248–2253;
Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. (2007). Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 131, 861–872;
Viswanathan S.R., Daley G.Q. (2010). Lin28: a microRNA regulator with a macro role. Cell 140, 445–449;
Mirisola M.G., Longo V.D. (2011). Conserved role of Ras-GEFs in promoting aging: from yeast to mice. Aging (Albany NY) 3, 340–343;
Boland M.J., Hazen J.L., Nazor K.L., Rodriguez A.R., Gifford W., Martin G., Kupriyanov S., Baldwin K.K. (2009). Adult mice generated from induced pluripotent stem cells. Nature 461, 91–94;
Ben-David U., Benvenisty N. (2011). The tumorigenicity of human embryonic and induced pluripotent stem cells. Nat Rev. Cancer 11, 268–277;
Dressel R. (2011). Effects of histocompatibility and host immune responses on the tumorigenicity of pluripotent stem cells. Semin Immunopathol. 33, 573–591;
Ratajczak M.Z., Liu R., Ratajczak J., Kucia M., Shin D.M. (2011). The role of pluripotent embryonic-like stem cells residing in adult tissues in regeneration and longevity. Differentiation 81, 153–161;
Yeo J.C., Ng H.H. (2011). Transcriptomic analysis of pluripotent stem cells: insights into health and disease. Genome Med. 3, 68.
(с) biomolecula.ru/content/973
Практически сбылась мечта средневековых алхимиков — найти секрет омоложения. Французским ученым удалось омолодить клетки столетних старцев, перепрограммировав их в состояние, подобное эмбриональному. Одно лишь омрачает столь многообещающую новость — после перестройки клетка становится опасной для своего собственного организма.
До недавнего времени для пожилых пациентов никак не удавалось получить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) — а ведь именно им это может принести пользу в первую очередь.
читать дальше
Отличительной чертой живых организмов является способность к постоянному самовосстановлению — регенерации. Это понятие включает не только восстановление организмом утраченных частей тела и органов, но также и не столь заметные, но не менее важные процессы обновления тканей и клеток. Постоянную замену изношенным тканям обеспечивают стволовые клетки [1–4].
Однако с возрастом способность организма к регенерации тканей понижается. Это обусловлено множеством причин, в числе которых:
накопление в организме старых клеток, выделяющих токсины, которые ингибируют пролиферацию стволовых клеток [5];
снижение с возрастом количества стволовых клеток из-за возрастного ингибирования генов, поддерживающих их способность к размножению [5];
понижение способности стволовых клеток старого организма активировать регенерацию других клеток, что делает малоэффективным лечение пожилых пациентов путем клеточной терапии их собственными стволовыми клетками [6].
В опытах на крысах показано, что старые стволовые клетки теряют способность дифференцироваться в некоторые типы клеток (например, в кардиомиоциты); кроме того, они выделяют значительно меньшее количество ростовых факторов, в связи с чем падает их способность влиять на регенерацию путем паракринной стимуляции [7]. Поэтому для борьбы с заболеваниями старческого возраста было бы идеальным разработать методы, которые позволят омолодить собственные клетки пожилых людей.
Выяснилось, что омолодить клетки позволяет перепрограммирование соматических клеток человека в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Особенностью ИПСК является то, что они, подобно эмбриональным стволовым клеткам (ЭСК), способны дифференцироваться в различные типы клеток. Помимо универсальности, важным преимуществом ИПСК является то, что они могут быть получены из клеток взрослого организма (например, из клеток кожи или фибробластов) [3, 10]. Это позволяет брать клетки для клеточной терапии у самого пациента и таким образом избежать многих проблем, связанных с поиском доноров и вопросами этики, ограничивающих использование человеческих эмбрионов в качестве доноров.
Перепрограммирование соматических клеток в ИПСК приводит к их омоложению, о чем свидетельствует целый ряд показателей, например, восстановление длины теломеров — концевых участков хромосом, состоящих из коротких, следующих друг за другом повторов. У всех позвоночных эти повторы состоят из шести нуклеотидов TTAGGG. В каждом цикле репликации теломеры укорачиваются из-за особенностей ДНК-полимеразы — она не способна синтезировать копию ДНК до самого конца. Укорачивание теломер вызывает репликативное старение, так как со временем длина теломер на концах хромосом достигает критически малой длины, и деление клетки блокируется.
Перспективы применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) в терапев-тических целях. Соматические клетки пациента, полученные биопсией или из мочи, «перепрограммируются» в ИПСК. Затем их культивируют in vitro до необходимого количества и дифференцируют в нужный тип тканей для трансплантации. Помимо этого, полученные ИПСК можно использовать для лечения наследственных болезней, вызванных мутациями, внедрив в геном «терапевтические гены», которые возьмут на себя функции отсутствующих или неисправно функционирующих генов пациента. Такие исправленные ИПСК можно использовать для аутологичной клеточной терапии путем репопуляции пораженных тканей. ИПСК пациентов с генетическими заболеваниями можно использовать и для изучения патогенеза заболевания, или для разработки лекарств и скрининга. Данные, полученные на основе изучения культуры клеток, моделирующих конкретные заболевания, позволят выявить критические молекулярные и клеточные пути развития заболевания, что необходимо для разработки эффективной стратегии лечения. Картинка из [17].
Выяснилось, что перепрограммирование приводит к удлинению теломеров и их нормальному укорочению по мере дифференцировки ИПСК обратно в фибробласты [8]. Таким образом, при индуцированной плюрипотенции восстанавливается эмбриональная длина теломеров, а значит, увеличивается потенциальное число делений клетки, ограниченное так называемым лимитом Хейфлика.
Следует, однако, отметить, что ни ЭСК, ни ИПСК пока нельзя использовать в лечебных целях, так как, в отличие от эндогенных «взрослых» стволовых клеток организма, эти онтогенетически молодые клетки потенциально способны дать начало опухоли — так называемой тератоме, — свидетельствующей о том, что такие плюрипотентные клетки не всегда способны органично интегрироваться во взрослый организм. Если, однако, поместить ИПСК в ранний зародыш млекопитающего (на стадии бластоцисты), то они органично включаются в состав клеточной массы, и из такого эмбриона развивается нормальное животное [13]. Во взрослом же организме даже после дифференцировки стволовых клеток в соматические существует опасность их перерождения в раковые клетки [14].
В этой связи для непосредственного использования в регенеративной медицине пока подходят только мезенхимальные стволовые клетки (МСК). В отличие от онтогенетически молодых эмбриональных стволовых клеток или ИПСК, они не воспринимаются организмом взрослого человека как «чужаки», против которых необходимо мобилизовать иммунную систему, так как за время развития организма к ним развивается иммунологическая толерантность. Кроме того, они обычно не образуют тератом и не способны включиться в состав эмбриона [15]. Способность этих клеток существовать во взрослом организме, оставаясь плюрипотентными, может быть отчасти связана с их способностью влиять на функционирование иммунных клеток — они подавляют реакцию отторжения. Хотя возможно и то, что они каким-то образом подавляют морфогенетические сигналы со стороны окружающих их клеток или реагируют на них особым образом. Предполагается, что это связано с уникальным характером метилирования ДНК на участках, принадлежащих некоторым онтогенетически важным генам.
Все описанное выше справедливо, если пациент еще относительно молод — его клетки хорошо дедифференциируются в ИПСК. Однако чаще всего клеточная терапия требуется именно пожилым людям, а до недавнего времени считалось, что для перепрограммирования в ИПСК годятся только соматические клетки, полученные от пациентов не старше 60 лет.
И вот недавно французским исследователям группы Жан-Мари Лемайтра удалось подобрать состав перепрограммирующих факторов, позволяющий получать ИПСК от 70–100 летних пациентов [9]. Для этого исследователи добавили к стандартному набору четырех транскрипционных факторов Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc, используемых для получения ИПСК из клеток кожи молодых доноров [3, 10], еще два. Это ген белка NANOG и фактор Lin28, который блокирует созревание микроРНК let-7. Последние играют ключевую роль в подавлении регенерации и в активации клеточного старения, подавляя c-Myc, а также регулируя синтез факторов RAS (Ras GTPases) — эволюционно консервативный сигнальный путь регуляции старения [11]. Важно отметить, что вызываемая Lin28 блокировка созревания микроРНК let-7 может спровоцировать онкогенез [12].
Исследование ИПСК, полученных с использованием «коктейля» из этих шести факторов, показало, что клетки даже очень старых людей могут быть «омоложены» путем перепрограммирования в функционально активные ИПСК. Они были практически идентичны ЭСК человека и были способны к неограниченному делению и дифференциации в клетки любого типа.
Таким образом, доказано, что возраст не является непреодолимым препятствием для перепрограммирования соматических клеток в ИПСК. Теперь необходимо изучить пути «правильной» дифференцировки ИПСК, исключающие возможность их трансформации в опухолевые, и способы превращения ИПСК во взрослые стволовые клетки организма. После решения этих и других технических вопросов надежды на вечную молодость могут из сказки превратиться в быль.
Литература
биомолекула: «Ствол и ветки: стволовые клетки»;
биомолекула: «Снежный ком проблем с плюрипотентностью»;
биомолекула: «Была клетка простая, стала стволовая»;
биомолекула: «Щадящие стволовые клетки»;
Baker D.J. Wijshake T., Tchkonia T., LeBrasseur N.K., Childs B.G., van de Sluis B., Kirkland J.L., van Deursen J.M. (2011). Clearance of p16Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders. Nature 479, 232–236;
Ефименко А.Ю., Старостина Е.Е., Калинина Н.И., Парфенова Е.В. (2011). Влияние возраста на ангиогенные свойства мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия VI(3), 48–57;
Asumda F.Z., Chase P.B. (2011). Age-related changes in rat bone-marrow mesenchymal stem cell plasticity. BMC Cell Biol. 12, 44;
Yehezkel S., Rebibo-Sabbah A., Segev Y., Tzukerman M., Shaked R., Huber I., Gepstein L., Skorecki K., Selig S. (2011). Reprogramming of telomeric regions during the generation of human induced pluripotent stem cells and subsequent differentiation into fibroblast-like derivatives. Epigenetics 6, 63–75;
Lapasset L., Milhavet O., Prieur A., Besnard E., Babled A., Aït-Hamou N., Leschik J., Pellestor F., Ramirez J.M., De Vos J., Lehmann S., Lemaitre J.M. (2011). Rejuvenating senescent and centenarian human cells by reprogramming through the pluripotent state. Genes Dev. 25, 2248–2253;
Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. (2007). Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 131, 861–872;
Viswanathan S.R., Daley G.Q. (2010). Lin28: a microRNA regulator with a macro role. Cell 140, 445–449;
Mirisola M.G., Longo V.D. (2011). Conserved role of Ras-GEFs in promoting aging: from yeast to mice. Aging (Albany NY) 3, 340–343;
Boland M.J., Hazen J.L., Nazor K.L., Rodriguez A.R., Gifford W., Martin G., Kupriyanov S., Baldwin K.K. (2009). Adult mice generated from induced pluripotent stem cells. Nature 461, 91–94;
Ben-David U., Benvenisty N. (2011). The tumorigenicity of human embryonic and induced pluripotent stem cells. Nat Rev. Cancer 11, 268–277;
Dressel R. (2011). Effects of histocompatibility and host immune responses on the tumorigenicity of pluripotent stem cells. Semin Immunopathol. 33, 573–591;
Ratajczak M.Z., Liu R., Ratajczak J., Kucia M., Shin D.M. (2011). The role of pluripotent embryonic-like stem cells residing in adult tissues in regeneration and longevity. Differentiation 81, 153–161;
Yeo J.C., Ng H.H. (2011). Transcriptomic analysis of pluripotent stem cells: insights into health and disease. Genome Med. 3, 68.
(с) biomolecula.ru/content/973
-
-
23.01.2012 в 10:02