The embryonic stem cell has the ability to reprogram the nucleus of an adult somatic cell

Full Text

Принято считать, что только цитоплазма яйцеклетки об­ладает уникальной способностью репрограммировать ядро взрослой соматической клетки при его переносе. Причём этот механизм универсален для многих видов млекопита­ющих, включая человека. Этот билогический феномен ши­роко используется для создания клонированных организмов и индивидуальных линий эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). Однако, механизмы этого феномена, реализующе­гося посредством цитоплазматических факторов ооцита, остаются неизученными [1, 2].

Лаборатория Kevin Eggan из Harvard Stem Cell Institute изу­чает возможности репрограммирования ядра соматической клетки в ЭСК. При получении положительного результата на человеческом материале технология может заменить су­ществующую - перенос ядра соматической клетки (ПЯСК) в энуклеированный ооцит с целью создания индивидуаль­ных линий ЭСК (так называемого терапевтического клони­рования). Последняя подразумевает использование донор­ских яйцеклеток и искусственное создание эмбриона, который уничтожается после выделения ЭСК. Широкое использова­ние подобной технологии в регенеративной медицине вызы­вает неоднозначные этические мнения в обществе, протес­ты религиозных деятелей и запреты ПЯСК человека в ряде стран мира.

Если технология, предлагаемая Kevin Eggan, действи­тельно дает положительные результаты с человеческим ма­териалом, то её применение поможет избежать этических проблем, поскольку она не связана с созданием эмбрио­нов и использованием донорских яйцеклеток. Предшеству­ющие эксперименты на мышах показали перспективность такого подхода [3, 4]. Первые результаты работы, выпол­ненные Cowan Chad из лаборатории Eggan, были опубли­кованы в журнале Science. Ниже представлены основные выводы из нее.

1. In vitro модель, созданная исследователями, может быть применена для изучения этого феномена. Схема экс­перимента представлена на рисунке.

B работе использовали фибробласт кожи человека и ли­нию ЭСК. Оба вида клеток генетически метили и выполняли химически индуцированное слияние. За счёт генетических меток производили селекцию клеток-гибридов и изучали их свойства.

Схема эксперимента

2. Слияние с ЭСК приводит к полному репрограммирова­нию генома ядра соматической клетки до «эмбрионального уровня». Это важное положение было доказано исследова­телями несколькими путями:

• клетки-гибриды имеют такие же маркёры (Oct4, telomerase, AP, SSEA4, TRA1 -80) и морфологию, что и ро­дительская линия ЭСК;
• гибриды характеризуются «иммортальным» ростом в культуре (клетки линии претерпевали более 120 делений);
• гибриды обладают плюрипотентностью и образуют те­ратомы в мышах-nude (в тератомах были обнаружены ткани всех 3-х зародышевых листков);
• изучение транскрипционного профиля показало мак­симальное сходство у линий-гибридов и ЭСК; в отличие от первичных фибробластов, соматический геном оказался репрограммированным на 99%.

3. Слияние соматической клетки с ЭСК приводит к потере эпигенетической памяти, аналогично тому, как это происхо­дит при ПЯСК в энуклеированный ооцит [1, 2]. Авторы проде­монстрировали это на примере деметилирования одного из генов, который в норме метилирован в фибробластах.
4. Репрограммирование генома соматической клетки по­средством ЭСК универсально и не зависит от вида клеток. Для подтверждения этой гипотезы исследователи выполнили слияние костных клеток с другой линией ЭСК и получили та­кие же результаты.

Таким образом, группа Eggan впервые показала, что ЭСК человека, подобно яйцеклетке, способна репрограммировать ядро взрослой соматической клетки. Однако клетки-гибри­ды, полученные в опытах Cowan, имели набор хромосом 4n, поэтому неясна их биологическая судьба. Также остаётся не­ясным, ядерные или цитоплазматические факторы ЭСК от­ветственны за репрограммирование? Способны ли мутант­ные клетки поддерживать стабильность карио-, гено- и фенотипа? Можно ли утверждать генетическую идентич­ность таких линий ЭСК донору ядра? Способны ли вновь со­зданные индивидуальные ЭСК дифференцироваться во все типы тканей in vitro? Насколько такие клетки будут иммуно­генны? Можно ли говорить о «терапевтическом будущем» таких гибридов? Ответить на эти вопросы позволят будущие исследования.

Более перспективной технологией, видимо, станет ПЯСК в энуклеированную ЭСК. Тем не менее, авторы работы до­казали самое главное - репрограммирование ядра сомати­ческой клетки человека возможно не только в яйцеклетке, но и в ЭСК. Это указывает на наличие общих факторов овоцита и ЭСК, ответственных за «снятие» соматической геном­ной и эпигеномной информации.

About the authors

A. V. Bersenev

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Experiment scheme

Download (399KB)

Indexing metadata