Как белки разбирают идентичность клеток кожи для создания стволовых клеток

Ученые из Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток имени Эли и Эдит Броуд в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) выяснили, как специализированные белки меняют идентичность клеток кожи, превращая их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), способные стать любым типом клеток в организме. Это исследование под руководством Катрин Плат и Джейсона Эрнста может повлиять на создание здоровых тканей для лечения болезней.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки были впервые созданы десять лет назад, когда ученые показали, что специализированные клетки (например, кожи или крови) можно извлечь у человека и перепрограммировать обратно в плюрипотентное состояние. Эти клетки могут затем превратиться в любой тип клеток человеческого тела. Поскольку они созданы из собственных клеток пациента, iPSC идеально ему соответствуют и обладают огромным потенциалом для создания здоровых, специфичных для пациента тканей и клеток, способных лечить или обращать вспять болезнь без подавления иммунитета.

Перепрограммирование специализированных клеток в плюрипотентное состояние происходит с помощью добавления белков — транскрипционных факторов. Обычно в процессе используются четыре таких специализированных фактора. Они заставляют специализированную клетку "отключить" свою собственную идентичность и активировать характеристики плюрипотентной клетки. Однако до сих пор не было детальной информации о том, как именно эти четыре фактора влияют на данные процессы. В частности, оставалось неясным, как факторы подавляют идентичность специализированной клетки, поскольку обычно они не функционируют как супрессоры.

В новой работе исследователи добавили четыре транскрипционных фактора в клетки кожи мыши и картировали их взаимодействие с ДНК клеток. Этот процесс позволил определить участки ДНК, которые меняют клеточную идентичность, и дал уникальное понимание того, как именно эти участки оказывают такой эффект. Анализ данных привел к двум ключевым открытиям:

1. Транскрипционные факторы одновременно подавляют идентичность клетки кожи мыши и активируют плюрипотентность.
2. Три из четырех транскрипционных факторов должны работать вместе, чтобы находить и регулировать те участки ДНК, которые важны для обоих этапов процесса.

Продвинувшись дальше, ученые использовали полученные данные, чтобы предсказать, какие дополнительные транскрипционные факторы могут усилить процесс перепрограммирования клеток. Они добавили пятый фактор к клеткам кожи мыши. Эта новая комбинация факторов эффективнее подавляла идентичность специализированной клетки, что ускорило и усилило переход к плюрипотентности и повысило эффективность процесса перепрограммирования клеток в сто раз.

Понимание процесса превращения клетки кожи в плюрипотентную клетку позволяет ученым совершенствовать его для повышения стабильности результатов. По мере развития этого исследования могут быть определены и протестированы новые подходы к изменению природы одного типа клеток в любой другой желаемый тип. Кроме того, точное определение того, как транскрипционные факторы меняют клеточную идентичность, и поиск способов повысить эффективность этого процесса — два критически важных шага в борьбе со многими смертельными заболеваниями с помощью тканей или клеток, полученных из стволовых.