Hemapoeitic differentiation and therapeutic potential of uniparent parthenogenetic embryonal stem cells

Full Text

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и их дериваты, полученные из партеногенетических эмбрионов, рассматриваются как один из альтернативных источников клеток для аутологичной пациент-специфичной клеточной терапии. Партеногенетические эмбрионы не способны нормально развиваться далее имплантационного периода вследствие нарушения экспрессии импринтированных генов, но предимплантационное развитие у них, как правило, не изменено [1]. Более того, в химерных животных (состоящих из клеток разного происхождения и генотипа) эти клетки встраиваются в ткань и функционируют [2, 3], но нарушение экспрессии импринтированных генов приводит к дефектам развития.

Sigrid Eckardt и коллеги из University of Pennsylvania, использовали методику так называемых унипарентных партеногенетических эмбрионов и исследовали возможность приживления стволовых клеток, выделенных из этих эмбрионов, во взрослом организме.

Унипарентные партеногенетические линии ЭСК были получены методом переноса пронуклеусов: в андрогенетические зиготы был перенесен мужской пронуклеус вместо женского и, наоборот, в гиногенетические зиготы - женский вместо мужского. Из таких зигот были выращены линии, которые использовались для инъекции клеток в нормальную бластоцисту. Созданные таким образом химерные эмбрионы развивались до 14 дней.

Партеногенетические линии несли маркёр (GFP), поэтому присутствие клеток можно было определить как в химерных эмбрионах, так и после трансплантации во взрослых тканях. Для восстановления гемопоэза фетальные клетки печени химер (как партеногенетические, так и нормальные) были введены в летально облученную мышь.

Фетальные клетки печени нормальных эмбрионов и партеногенетических химер реконструировали гемопоэз с одинаковой эффективностью. Вклад партеногенетических и нормальных клеток в восстановление гемопоэза оценивали через месяц после трансплантации. Уровень химеризма увеличивался, и через 6-9 месяцев после трансплантации в периферической крови большинство клеток имело партеногенетическое происхождение. Уровень химеризма не зависел от того, были ли клетки андро- или гиногенетические.

Количество нормальных, андро- и гиногенетических GFP-экспрессирующих клеток в лимфоидной, миелоидной и эритроидной популяции было одинаковым. Высокий уровень трансплантированных клеток был в селезенке, тимусе и костном мозге. Были и животные с полностью замещенными клетками. У них клетки крови функционировали нормально. Серийные трансплантации подтвердили способность партеногенетических гемопоэтических клеток к самообновлению. Чтобы проверить, могут ли партеногенетические клетки развиваться при отсутствии нормальных, ученые провели анализ их дифференцировки in vitro [4]. Обе партеногенетические линии были способны дать начало гемопоэтическим стволовым клеткам (ГСК) и всем линиям гемопоэтической дифференцировки. Таким образом, авторы не обнаружили различий в приживаемости и функционировании партеногенетических или нормальных ЭСК.

Авторы проанализировали уровень экспрессии импринтированных генов гемопоэтических клеток до трансплантации и после нее. ндрогенетические клетки, изолированные из печени химер, имели более высокий уровень экспрессии генов, экспрессирующихся в норме с отцовских аллелей (Dlk-1, Igf2, и Peg3) по сравнению с нормальными или гиногенетическими клетками, и меньший - для генов материнских аллелей (Igf2r). Гиногенетические клетки, наоборот, оверэкспрессировали гены, в норме транскрибирующиеся с материнских аллелей. Таким образом, партеногенетические клетки, выделенные из печени химер, имели зависящий от происхождения характер экспрессии импринтированных генов. Анализ партеногенетических клеток, выделенных из взрослых реципиентов, показал нормальную экспрессию импринтированных генов. Используя real-time RT-PCR, они оценили уровень транскрипции импринтированных генов этих клеток и клеток периферической крови партеногенетического происхождения. Никаких различий не было между экспрессией импринтированных генов, кроме гена U2af1-rs1. Анализ метилирования импринтированных локусов показал, что даже если есть нарушение метилирования в партеногенетических линиях, то среди клеток реципиента, образованных из этих линий, есть клетки с нормальной картиной метилирования. То есть, происходит изменение метилирования уже в организме при дифференцировке этих клеток.

Таким образом, показана реконструкция гемопоэза у летально облученных мышей после пересадки унипарентных партеногенетических клеток фетальной печени. Гемопоэтическая дифференцировка in vitro показывает возможность этих клеток самостоятельно развиваться в ГСК, без влияния нормальных клеток, как это происходит в химерных мышах. В данной работе была показана их способность к пролиферации и даже замещению ткани взрослого органа вне зависимости от того, были ли клетки андро- или гиногенетические. Таким образом, эти клетки можно рассматривать как потенциальный ресурс для трансплантации и регенеративной медицины. Было показано, что эти клетки гистосовместимы по отношению к организму - донору ядра. Для возможного использования партеногенетических ЭСК в клеточной терапии необходимы дальнейшие исследования.

About the authors

T. Lopatina

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files