211service.com
Komórki skóry zamienione w komórki mózgu
Według nowych badań komórki skóry zwane fibroblastami można szybko i skutecznie przekształcić w neurony za pomocą zaledwie kilku poprawek genetycznych. Zaskakująco prosta konwersja, która nie wymaga powrotu komórek do stanu embrionalnego, sugeruje, że zróżnicowane dorosłe komórki są znacznie bardziej elastyczne niż wcześniej sądzono.
Transformacja komórkowa: Koktajl trzech genów może przekształcić komórki skóry w neurony (tutaj zaznaczono na czerwono).
Jeśli badania opublikowane w czasopiśmie Natura wczoraj, może być powtórzony w ludzkich komórkach, zapewniłby łatwiejszą metodę generowania neuronów zastępczych od poszczególnych pacjentów. Komórki mózgowe pochodzące z przeszczepu skóry byłyby genetycznie identyczne z pacjentem, a zatem eliminowałyby ryzyko odrzucenia immunologicznego – takie podejście może pewnego dnia zostać zastosowane w leczeniu choroby Parkinsona lub innych chorób neurodegeneracyjnych.
„To prawie przerażające widzieć, jak elastyczne są te losy komórek”, mówi Marius Wernig , biolog z Instytutu Biologii Komórek Macierzystych i Medycyny Regeneracyjnej w Stanford, który kierował badaniami. Potrzebujesz tylko kilku czynników, a w ciągu czterech do pięciu dni zobaczysz oznaki właściwości neuronalnych w tych komórkach.
Trzy lata temu naukowcy wstrząsnęli dziedziną komórek macierzystych, demonstrując, jak przywrócić dorosłe komórki z powrotem do stanu embrionalnego przy użyciu zaledwie czterech czynników genetycznych. Badania nad tymi komórkami, znanymi jako indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (komórki iPS), eksplodowały na całym świecie. Komórki IPS można różnicować w dowolny typ komórek i są one bardzo obiecujące w badaniach przesiewowych leków i terapii wymiany tkanek. Naukowcy próbują teraz popchnąć tę nowo odkrytą elastyczność komórkową dalej, przekształcając dorosłe komórki bezpośrednio z jednego typu w inny.
W 2008, Doug Melton , Qiao Zhou , a koledzy z Uniwersytetu Harvarda wykazali, że możliwe jest przekształcenie jednego typu komórek trzustki w inny, co może pewnego dnia pomóc osobom z cukrzycą. Nowe badania pokazują bardziej dramatyczną transformację – przekształcanie komórek skóry w neurony. Jest to szczególnie imponujące, ponieważ rodowód tych dwóch typów komórek różni się na bardzo wczesnym etapie rozwoju embrionalnego. (Poprzednie badania sugerowały, że neurony można wytworzyć z komórek mięśniowych i szpiku kostnego, ale los komórek pod koniec procesu był mroczniejszy.)
Aby stworzyć potężny koktajl molekularny, naukowcy zaczęli od 20 genów, o których wiadomo, że odgrywają rolę w rozwoju nerwowym i które znajdują się tylko w mózgu. Wszystkie wybrane geny były czynnikami transkrypcyjnymi, które wiążą się z DNA i regulują ekspresję innych genów. Wykorzystując wirusy do dostarczania każdego genu do komórek skóry rosnących w naczyniu, zespół odkrył, że w szczególności jeden gen ma moc przekształcania komórek skóry w coś, co wyglądało jak niedojrzałe neurony. Po przetestowaniu innych genów w połączeniu z aktywnym, naukowcy odkryli kombinację trzech genów, które mogą skutecznie i szybko przekształcać komórki skóry w neurony.
Powstałe komórki wykazują wszystkie cechy neuronów – wyrażają specyficzne dla neuronów geny, mają charakterystyczny rozgałęziony kształt neuronów i mogą tworzyć elektrycznie aktywne połączenia zarówno ze sobą, jak i ze zwykłymi neuronami pobranymi z mózgu. Wiele osób uważało, że niemożliwe byłoby przekształcenie komórek w ten sposób, mówi Zhou. To, że można je tak szybko i sprawnie przekonwertować, jest dość zaskakujące.
Zespół Wernig próbuje teraz odtworzyć to zjawisko w ludzkich komórkach. Jeśli uda nam się to osiągnąć, otworzy to drzwi do całych niezbadanych obszarów, mówi. Następnie możemy uzyskać neurony z komórki skóry pacjenta, co omija skomplikowany proces komórkowy iPS. Jak mówi, komórki IPS mogą być trudne do wzrostu, a proces ten trwa od czterech do sześciu tygodni.
Dopiero okaże się, które podejście sprawdzi się najlepiej w różnych sytuacjach. Jedną z zalet komórek iPS jest to, że mogą produkować więcej samych siebie, dzięki czemu mogą być hodowane w nieskończoność i w dużych ilościach, mówi Sheng Ding , biolog z Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii, który nie był zaangażowany w obecne badania.
Nie jest też jeszcze jasne, w jaki sposób zachodzi niezwykła transformacja ujawniona w najnowszym dziele. Genetycznie identyczne komórki mogą mieć bardzo różne tożsamości dzięki epigenetyce, która odnosi się do różnych mechanizmów, jakie komórka ma do pakowania swojego DNA. To opakowanie reguluje, które geny są łatwo dostępne i aktywne w komórce, co z kolei determinuje, czy stanie się ona komórką skóry, komórką serca czy komórką mózgu.
Ogólnie rzecz biorąc, naukowcy sądzą, że czynniki transkrypcyjne stosowane w różnych przepisach reprogramowania zmieniają to opakowanie DNA. Potrzebujemy prawdziwego epigenetycznego i molekularnego zrozumienia mechanizmu, aby inteligentniej manipulować systemem, mówi Zhou.
Mechanizmy leżące u podstaw bezpośredniego przeprogramowania mogą okazać się bardziej złożone niż w przypadku przeprogramowania komórek iPS. Konwersja dorosłych komórek do stanu embrionalnego może po prostu obejmować usuwanie markerów epigenetycznych. Ale przy bezpośrednim przeprogramowaniu z jednej komórki somatycznej do drugiej nie można losowo usunąć śladów epigenetycznych, mówi Zhou. Musisz usunąć niektóre i dodać niektóre, a wiele zachować w nienaruszonym stanie. Kluczem jest rozpoznanie, które zostawić w spokoju, a które zmienić.
Zanim technologia będzie mogła zostać przetestowana pod kątem terapii na ludziach, naukowcy prawdopodobnie będą musieli znaleźć kombinację chemikaliów, która może osiągnąć te same wyniki, co geny użyte w badaniu, ponieważ komórki zmodyfikowane genetycznie mogą nieść pewne ryzyko raka (naukowcy już to osiągnęli dzięki komórki iPS). Naukowcy będą musieli również wykazać, że komórki mogą prawidłowo funkcjonować po przeszczepieniu do mózgu – Wernig planuje teraz przetestować to na myszach, które mają chorobę podobną do choroby Parkinsona.
Badania prawdopodobnie sprowokują również do przemyślenia losu komórki. Przez długi czas uważano, że modyfikacje epigenetyczne są niezwykle stabilne, mówi Wernig. Przed owcą Dolly lub komórkami iPS ludzie myśleli, że modyfikacje epigenetyczne są nieodwracalne – że raz wprowadzone podczas rozwoju, nie można ich zmienić. Ale to absolutnie nieprawda.