В совместном исследовании исследователи из Университета Кюсю и Гарвардской медицинской школы определили белки, которые могут трансформировать или «перепрограммировать» фибробласты; Наиболее распространенные клетки кожи и соединительной ткани — ; в клетки со свойствами, подобными клеткам-предшественникам конечностей. Опубликовано в Развивающаяся клеткаРезультаты исследователей расширили наше понимание развития конечностей и проложили путь к будущей регенеративной терапии.
Во всем мире около 60 миллионов человек страдают от потери конечностей. Ампутации могут быть результатом различных заболеваний, таких как опухоли, инфекции и врожденные дефекты, или травм, возникших в результате промышленных аварий, дорожно-транспортных происшествий и стихийных бедствий, таких как землетрясения. Люди с травмами конечностей часто полагаются на синтетические материалы и металлические протезы, но многие исследователи изучают развитие конечностей с целью приблизиться к регенеративной терапии или замене естественных тканей в качестве потенциального лечения.
«Во время развития конечностей плода клетки-предшественники конечностей в зачатке конечности дают начало большинству различных тканей конечностей, таких как кости, мышцы, хрящи и сухожилия. «Поэтому важно создать простой и доступный способ изготовления этих клеток». объясняет доктор Юджи Ацута, ведущий исследователь, который начал заниматься этим проектом в Гарвардской медицинской школе и продолжает его в качестве лектора в Высшей школе естественных наук Университета Кюсю.
В настоящее время обычным способом получения клеток-предшественников конечностей является непосредственное получение из эмбрионов, что вызывает этические проблемы в случае человеческих эмбрионов. Альтернативно, их можно получить с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток; Взрослые клетки, которые перепрограммируются до эмбрионально-подобного состояния, которые позже могут трансформироваться в определенные типы тканей. Новый метод, разработанный Ацутой и его коллегами, который напрямую перепрограммирует фибробласты в клетки-предшественники конечностей, минуя плюрипотентные стволовые клетки, упрощает процесс и снижает затраты. Это также снижает опасения по поводу превращения клеток в раковые, что часто случается с плюрипотентными стволовыми клетками.
На первом этапе исследования ученые изучили гены, экспрессируемые в ранних зачатках конечностей эмбрионов мышей и кур. Почти все клетки организма, включая фибробласты и клетки-предшественники конечностей, содержат идентичную геномную ДНК, но в процессе развития возникают разные свойства и функции каждого типа клеток из-за изменений в экспрессии генов (иными словами, какие гены активны, а какие белки активны). вырабатывается клеткой). Одним из способов контроля экспрессии генов в клетках является использование специфических белков, называемых факторами транскрипции.
Исследовательская группа выявила 18 генов, в основном факторы транскрипции, которые более высоко экспрессируются в ранних зачатках конечностей, чем в других тканях. Они культивировали фибробласты из эмбрионов мышей и вводили эти 18 генов в фибробласты с помощью вирусного вектора, чтобы клетки производили эти 18 белковых факторов. Они обнаружили, что модифицированные фибробласты приобрели характеристики и продемонстрировали экспрессию генов, аналогичную естественным клеткам-предшественникам конечностей, обнаруженным в зачатках конечностей.
Затем, посредством серии экспериментов, исследователи сузили свой выбор и определили, что только три белковых фактора необходимы для перепрограммирования фибробластов мыши в клетки, подобные клеткам-предшественникам конечностей: Prdm16, Zbtb16, И Лин28а. Четвертый белок, Lin41, помогает клеткам-предшественникам пересаженных конечностей быстрее расти и размножаться.
Исследователи не только подтвердили, что перепрограммированные клетки-предшественники конечностей имели схожую экспрессию генов с нормальными клетками-предшественниками конечностей, но они также имели аналогичную способность. «Эти перепрограммированные клетки — не просто молекулярные имитаторы, — говорит Ацута. — Мы подтвердили их способность развиваться в специализированные ткани конечностей как в лабораторных посудах (in vitro), так и в живых организмах (in vivo)». «Тестирование in vivo было особенно сложным, поскольку нам пришлось трансплантировать перепрограммированные мышиные клетки в зачатки конечностей куриных эмбрионов».
В этих экспериментах исследователи использовали лентивирусы, которые встраивают гены непосредственно в геном инфицированных клеток, увеличивая риск превращения клеток в раковые. Вместо этого команда изучает другие, более безопасные векторы, такие как вирусы или аденоассоциированные плазмиды, которые доставляют гены в клетки, не встраивая гены в геном.
Команда лаборатории Ацута сейчас пытается применить этот метод к клеткам человека для будущих терапевтических целей, а также к змеям, чьи предки имели конечности, которые позже были потеряны в ходе эволюции.
«Интересно, что перепрограммированные клетки-предшественники конечностей производят органоиды, напоминающие зачатки конечностей, поэтому кажется возможным генерировать ткани конечностей у видов, у которых их больше нет. Изучение змей без конечностей может открыть новые пути и знания в эволюционной биологии».
источник:
Ссылка на журнал:
Ацута, Ю., и другие. (2024). Прямое перепрограммирование фибробластов, не относящихся к конечностям, в клетки с характеристиками предшественников конечностей. Развивающаяся клетка. doi.org/10.1016/j.devcel.2023.12.010.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Туман встречает Соломоновы горы
Ученые обнаружили удивительную эффективность «хаотичных» суперконденсаторов
Мягкие роботизированные нервные манжеты могут совершить революцию в лечении неврологических заболеваний