Клетки, способные на всё
Регенерация, клонирование – поиск альтернативных путей создания или восстановления живых тканей является одной из самых главных целей биологов. Шен Динг и его коллеги из Школы фармацевтических наук Университета Цинхуа опубликовали в журнале Nature инновационную работу, посвященную этому вопросу. Они определили смесь веществ, которая возвращает стволовые клетки в состояние тотипотентных, а также может поддерживать потенциал полученных клеток.
В природе зигота образуется в результате слияния сперматозоида и яйцеклетки. Это событие запускает процесс, при котором зигота делится, образуя новые клетки, которые продолжают делиться и становятся все более дифференцированными.
По мере приобретения специфичности потенциал дифференцировки утрачивается. Клетки на стадиях одноклеточного и двухклеточного эмбриона называются тотипотентными стволовыми клетками. Они дают начало плюрипотентным и мультипотентным стволовым клеткам. Обычно после тотипотентных клеток ни одна из других стволовых клеток не имеет возможности дать жизнь самостоятельно.
Чтобы лучше изучать и контролировать тотипотентные стволовые клетки, Динг и коллеги создали систему, которая обеспечивает индукцию и сохранение функциональности этих клеток, и подтвердили их идентичность с помощью строгих критериев.
Для этого группа отобрала и проверила тысячи комбинаций малых молекул. Проведя несколько этапов анализа, они идентифицировали три из них (TTNPB, 1-Азакенпауллон и WS6), способные вместе превратить плюрипотентные стволовые клетки мышей в клетки, обладающие тотипотентными характеристиками – химически индуцированные тотипотентные стволовые клетки (chemically induced totipotent stem cells, ciTotiSCs).
Затем исследователи подробно изучили как тотипотентность, так и отсутствие плюрипотентности клеток, обработанных смесью TTNPB, 1-Азакенпауллона и WS6 (смесь TAW). Эти клетки прошли строгие критерии молекулярного тестирования на всех уровнях транскриптома, эпигенома и метаболома. Например, группа обнаружила, что TAW включает в ciTotiSCs сотни важных генов. Эти гены обычно обнаруживаются в тотипотентных клетках и были определены другими исследователями в качестве критерия для оценки тотипотентности. В то же время гены, связанные с плюрипотентными клетками, были подавлены смесью TAW в ciTotiSCs.
Чтобы подтвердить, что полученные клетки имеют истинное тотипотентное состояние, исследователи проверили их способность к дифференцировке in vitro, а также ввели их в мышиный эмбрион, чтобы оценить дифференцировку in vivo. Они обнаружили, что ciTotiSCs вели себя как истинно тотипотентные не только в пробирке, но и дифференцировались как в эмбриональные, так и во внеэмбриональные линии in vivo. Это типичная характеристика нормальных тотипотентных клеток, которые потенциально могут развиться как в плод, так и в желточный мешок и плаценту, тогда как плюрипотентные клетки могут развиться только в плод.
Кроме того, когда исследователи использовали специальные условия культивирования ciTotiSCs, последующие клетки также демонстрировали сходные признаки тотипотентности. Это наблюдение предполагает, что тотипотентность TAW-индуцированных клеток может поддерживаться в лабораторных условиях, и, таким образом, устанавливается стабильная система.
Такая система позволит выполнить множество научных исследований, касающихся зарождения жизни. Например, ученые смогут манипулировать тотипотентными клетками, чтобы лучше понять высокоорганизованный процесс в самом начале жизни. Более того, глубокое понимание и, следовательно, управление тотипотентными клетками будут иметь широкий спектр последствий, вплоть до ускорения эволюции вида.
Авторы признают, что многие из этих возможностей вызовут этические споры в обществе.
Статья Y.Hu et al. Induction of mouse totipotent stem cells by a defined chemical cocktail опубликована в журнале Nature.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Tsinghua University: Scientists take the first step to master an all-powerful cell type in the beginning of life