Терапия будущего: до новых встреч!
Итоги конференции «Терапия будущего»
Юлия Орлова, КТТИ
26-28 мая в инновационном центре Сколково (Гиперкуб) состоялась конференция с международным участием «Терапия будущего» (“Towards therapies of the future”).
В конференции приняли участие профессора Сколковского института науки и технологий (Радж Раджагопалан), профессора Массачусетского технологического института (Брюс Тидор, Дэниель Андресон, Рудольф Яниш, Питер Реддин и др), профессора Европейского института проблем биологии старения (Джеральд де Хаан, Евгений Березиков, Питер Лэндсдорп). Но, безусловно, в центре внимания были два приглашенных нобелевских лауреата: Филипп Шарп, профессор, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1993 г. (институт интегративных исследований рака Дэвида Коха Массачусетского технологического университета) и Синья Яманака, профессор, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2013 г., директор центра iPS клеточных исследований и применений, старший исследователеь Гладстоновского Института Сердечно-сосудистых заболеваний и исследователь Фонда Л.К. Вайтера в биологии стволовых клеток.
Во вступительной части конференции обсуждался насущный вопрос будущего биомедицинских исследований в РФ. В дискуссии приняли участие Антон Бернс, профессор, директор исследовательского центра Сколтеха «Центр исследований стволовых клеток», Виктор Котелянский, профессор, директор исследовательского центра Сколтеха «Центр РНКи терапии и фнкциональной геномики», Дэниэль Андерсон, профессор кафедры химической инженерии института интегративных исследовний рака Дэвида Коха Массачусетского технологического университета, Виктор Вексельберг, президент Фонда «Сколково», Людмила Огородова, заместитель Министра образования и науки РФ, Андрей Иванов, заместитель Министра финансов РФ, Рудольф Яниш, основатель института Уайтхеда, а также нобелевские лауреаты (куда же без них).
С интересом заслушали лекцию бывшего выпускника МГУ, а ныне профессора Университета Северной Каролины, директора Центра Нанотехнологий и содиректора Каролинского Института Наномедицины, Александра Кабанова. В своей лекции он рассказал о возможностях использования полимерных мицел для лекарственной доставки. Это одно из наиболее перспективных направлений в разработке адресной доставки противоопухолевых препаратов. Оболочка из гидрофильного полимера позволяет успешно транспортировать в плазме крови молекулы нерастворимого препарата. Кабанов отметил, что до сих пор золотым стандартом в этой области считался полиэтиленгликоль. Однако, в последнее время, на смену ему приходят полимерные оболочки нового поколения на основе полиоксазолинов. Они отличаются большей гидрофильностью и повышенной химической стабильностью мицел. Дальнейшие перспективы развития этого направления оказываются многообещающими: в гелевую оболочку препаратов могут быть внедрены наночастицы, обеспечивающие избирательное проникновение лекарства в опухолевую клетку.
Запомнилась лекция Питера Редина, профессора биологии Массачусетского технологического института, о клеточных и молекулярных основах регенерации в плоских червях Planaris. Профессор давно задался вопросом, как организм «понимает», какой именно ткани требуется регенерация после повреждения. Исследования проводились на планариях, способных воспроизводить части тела или даже целый организм из небольших фрагментов. Чтобы подавить способность клеток червей к делению, исследователи подвергали планарии радиационному облучению; при этом выбранная доза радиации позволяла выжить некоторым необластам (клеткам, которые мигрируют в зоны поражений и восстанавливают здоровую ткань). Такие необласты в культуре клеток демонстрировали все свойства стволовых клеток, образуя клетки различных тканей. Некоторые из необластов (их назвали клоногенными) были в состоянии превращаться во все ткани взрослого червя. Чтобы подтвердить универсальность клоногенных необластов, учёные пересаживали их червям, облучённым смертельной дозой радиации, когда у планарии не оставалось ни одной клетки, способной к делению. То, что происходило дальше, сами исследователи называют не иначе, как научно-фантастическим фильмом: единственная клетка способна полностью восстановить ткани облучённой планарии. В конце процесса червь состоял из клеток, генетически идентичных исходной донорской клоногенной клетке. При этом животное чувствовало себя нормально, питалось, росло и размножалось. Это первый случай, когда взрослое животное несёт плюрипотентные стволовые клетки. Исследование означает возможный прорыв в регенеративной медицине: если удастся найти человеческие гены, аналогичные тем, что управляют необластами у червей, можно будет создавать похожие клетки и на человеческом материале.
На конференции также выступала профессор Ольга Донцова с лекцией о РНК-полимеразах. Для исследования динамических контактов, образуемых молекулами мРНК и 5S рРНК в ходе трансляции, был разработан метод химических сшивок. Комбинирование технологии химических сшивок, химического «футпринтинга» и методов молекулярной биологии позволило исследовать новые функции Е-сайта рибосомы, идентифицировать взаимодействия между функциональными центрами рибосомы, а также проследить за судьбой тмРНК внутри рибосомы. В ходе исследований химических модификаций РНК в рибосоме были обнаружены и описаны несколько новых метилтрансфераз. Это позволило разработать уникальную высокопроизводительную систему скрининга новых рибосомальных антибиотиков.
Но больше всего на конференции ждали лекцию нобелевского лауреата Синья Яманаки. Еще не прошла волна интереса к его недавнему открытию способа перепрограммирования соматических клеток в стволовые. Напомню, как профессор со своей командой постепенно пришел к этому открытию.
Интересно, что выдающегося ученого вообще могло не состояться: молодой доктор Яманака изначально выбрал стезю хирургии, но, обладая тонким чутьем (которое, кстати, затем сыграло большую роль в его жизни), вовремя ушел из этой области. Как рассказывает сам профессор, он разослал свое резюме в несколько университетов США, но получил ответ только из одного. Так в 1991 г. состоялось знакомство Синья Яманаки с доктором Томом Иннерарити (Гладстоновский университет, Сан Франциско), где Синья начал участвовать в научной работе, посвященной изучению влияния экспрессии гена APOBEC1 в печени на уровень холестерола плазмы.
Отделение сердечно-сосудистых заболеваний, где в тот момент работал Синья, активно занималось проблемой лечения атеросклероза. Как известно, в организме синтезируется две изоформы белка ароВ (единственный аполипопротеин липопротеинов низкой плотности, носитель «плохого холестерина», вызывающего накопление холестерина в стенках кровеносных сосудов): апоВ-100 и апоВ-48. АпоВ-100 синтезируется в печени и соответствует полному 100% гену ароВ. В кишечнике синтезируется изоформа, соответствующая лишь половине (точнее, около 48% – отсюда и название) гена апоВ – апоВ-48 и является гораздо менее вредным продуктом. Яманака поставил целью разработать метод трансформации вредной изоформы в безопасную для организма. Таким образом был обнаружен фермент APOBEC1, отвечающий за синтез ароВ 48 кишечника. Данный фермент присутствует также в печени, но в неактивной форме. Том Иннерарити, руководитель исследования, предположил, что активация фермента APOBEC1 в печени будет способствовать синтезу менее вредной изоформы ароВ, а значит приведет к снижению холестерола плазмы.
Роль Синья Яманаки в данной работе заключалась в создании линии трансгенных мышей с геном APOBEC1. Будущий нобелевский лауреат блестяще справился с задачей, нужный ген действительно экспрессировался. Но результат этого этапа работы оказался совершенно непредсказуемым. С течением времени у мышей стало заметно выпячивание передней брюшной стенки, что сначала вызвало предположение у ассистентки Яманаки о беременности животных. Но ввиду того, что такое физиологически случиться не могло – все мыши были самцы – начали искать объяснение этой патологии. Оказалось, что у всех мышей развился рак печени, и спустя несколько лет изучения этого фенотипа в 1997 г. был обнаружен новый ген – NAT1 (Novel APOBEC1 Target No1). Фермент APOBEC1 изменял структуру белка NAT1, что приводило к развитию опухоли.
Далее Синья Яманака решил изучить, влияет ли отсутствие гена NAT1 на появление раковой опухоли. Для этого эксперимента требовались трансгенные мыши, которые можно было получить, используя эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Наблюдая за ЭСК с нокаутированным геном NAT1, Яманака обнаружил, что клетки не дифференцируются, а бесконечно делятся. Так профессор открыл ген, который обеспечивал дифференцировку ЭСК.
Вернувшись в свою лабораторию в Японию с ценными результатами многолетней работы, Яманака продолжил изучение плюрипотентности клеток. Первое перепрограммирование клетки с помощью генетических факторов свершилось еще в 1987 г., когда из клеток кожи сделали мышечные клетки. Исследователи ввели в фибробласты кожи ген, который определяет развитие клетки мышцы («ген-господин»), и таким образом перепрограммировали клетку. Профессор Яманака возглавил команду исследователей, анализирующих влияние 24 факторов на развитие плюрипотентности в соматических клетках. Один из его ассистентов однажды предположил анализировать факторы не по отдельности, а все вместе. Как говорит сам Яманака, ему эта идея показалась абсурдной, но все-таки решил попробовать и этот метод. Результат эксперимента мы все уже знаем – в 2006 г. профессором Синья Яманака и его командой совместно с профессором Джоном Гордоном были открыты 4 гена: Oct3/4, Sox2, c-Myc и Klf4, под влиянием которых соматическая клетка становится плюрипотентной стволовой.
Стоит отметить, что во время первых опытов получения iPS клеток использовался фактор C-Myc с онкогенной активностью и векторы ретровирусов, не способные к самостоятельной репликации, но обеспечивающие эффективное встраивание чужеродной ДНК в геном и постоянство генетических изменений. Однако эти векторы встраиваются только в делящиеся клетки, могут вызывать инсерционные мутации, дают сравнительно низкие титры рекомбинантного вируса, а экспрессия встроенного гена часто уменьшается до очень низкого уровня через несколько месяцев.
Теперь технология получения iPS стала более безопасной: не используются онкогенные факторы, а векторы ретровирусов замещены на плазмиды, не встраивающиеся в геном. Данный метод получения клеток оправдал себя на фазе доклинических исследований на животных. Также обнаружено, что для перепрограммирования некоторых видов взрослых клеток требуется меньшее количество генов. Например, нейроны мышей можно превратить в плюрипотентные стволовые клетки с помощью всего одного гена – Oct4. Кроме того, получены данные о том, что в определенных условиях при перепрограммировании клеток некоторые гены можно заменить небольшими молекулами химических соединений, как в обычных лекарствах.
В своей лекции Яманака осветил последние исследования iPS клеток, которые уже начались и планируются проводиться. Получив одобрение министерства здравоохранения Японии, ученые под руководством Dr. Masayo Takahashi из RIKEN Center for Developmental Biology изучают эффективность iPS клеток, выделенных из кожи и перепрограммированные в эпителиальные пигментные клетки сетчатки человека, при лечении возрастной макулярной дегенерации (хроническое прогрессирующее дистрофическое заболевание центральной области сетчатки глаза (макулы), которое приводит к постепенной потере центрального зрения, необходимого для четкого восприятия предметов). Данная работа стала первым клиническим исследованием применения iPS.
Нашлось применение iPS в лечении бокового амиотрофического склероза (БАС). В возглавляемом профессором Яманака институте удалось получить iPS здоровых людей и больных БАС. В самих стволовых клетках никаких различий не обнаружили. Но после того, как эти клетки превратились в моторные нейроны, отличия нашлись. Оказалось, что отростки нейронов у больных БАС были в два раза короче, чем у здоровых людей. Теперь на выращенных в лаборатории больных нейронах тестируют вещества, которые, возможно, смогут обратить вспять процесс укорочения нейронных отростков.
Также профессор отметил, что со времени первой презентации получения iPS-клеток достигнуты результаты по улучшению метода. Если в 2006 г. процент полученных из фибробластов iPS-клеток составил 0,1% и меньше, то в 2009 процент удалось повысить до 20, а в 2013 команда израильских ученых сообщила о 100% трансформации. Важные преимущества iPS клеток перед другими клеточными линиями – воспроизводимость и совместимость с ES.
Если после лекции более-менее обрисовалась картина дальнейшего будущего iPS в медицине, то от личной беседы с нобелевским лауреатом остались туманные впечатления. На вопрос, что же все-таки лучше iPS или ES клетки, профессор слегка путался в ответах: сначала утвердил, что обе клеточные линии используются для разных целей, но потом передумал и сказал, что его детище iPS, конечно, гораздо лучше и эффективнее. Также профессор затруднился ответить на вопрос, возможна ли стимуляция дифференцировки iPS, например, с помощью ретинола. Тем не менее, есть один весьма приятный момент: фото на память с нобелевским лауреатом :)
В итоге от конференции остались очень хорошие впечатления: насыщенная программа, яркие личности, интересное общение. Ждем новых встреч!
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
16.06.2014