ДНК-аптамер нашел новое применение в регуляции дифференцировки клеток

Генерация специфических клеточных линий из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) и эмбриональных стволовых клеток (ESC) — главная цель регенеративной медицины. Направление iPSC к целевой клеточной линии привлекает много внимания, но процесс остается сложным.

Исследователи из Японии обнаружили, что антинуклеолиновый ДНК-аптамер iSN04 может определять клеточную линию во время дифференцировки. Продемонстрировав генерацию кардиомиоцитов из мышиных плюрипотентных стволовых клеток, их концепция показывает перспективность для регенеративной терапии.

Проблема и подход

Плюрипотентность iPSC высоко ценится в терапии сердечно-сосудистых, неврологических и метаболических заболеваний. Однако доступные протоколы получения целевых клеток сложны и дороги.

Команда из Университета Синсю, Национального института передовой промышленной науки и технологий и Университета Сидзуока решила использовать нуклеиновые аптамеры. Это одноцепочечные фрагменты ДНК, которые связываются с целевыми белками и могут модулировать сигнальные каскады при дифференцировке.

Ключевое открытие

Ранее команда под руководством доцента Томохидэ Такая обнаружила, что аптамер iSN04 индуцирует миокардиальную дифференцировку в ESC. В новом исследовании они изучили его влияние на мышиные ESC и iPSC с помощью РНК-секвенирования, иммуноокрашивания и анализа молекулярных взаимодействий.

  • Ранняя обработка iSN04 в дифференцирующих условиях ингибировала коммитирование стволовых клеток в кардиальную линию.
  • Поздняя обработка (через 5 дней в дифференцирующих условиях) усиливала генерацию кардиальных клеток-предшественников, повышала экспрессию маркерных генов и приводила к образованию бьющихся кардиомиоцитов.

Механизм действия

Были раскрыты два механизма вмешательства iSN04 в работу нуклеолина:

  1. iSN04 управляет транслокацией белка нуклеолина между цитоплазмой, плазматической мембраной и ядром.
  2. iSN04 приводит к модуляции сигнального пути Wnt, который управляет дифференцировкой клеток.

Иммуноокрашивание показало, что после обработки iSN04 нуклеолин задерживался в ядрышках, где участвует в ремоделировании хроматина и транскрипции генов. Данные РНК-секвенирования показали дифференциальную экспрессию генов пути Wnt. Команда предполагает, что iSN04-анкерованный нуклеолин изменяет экспрессию генов и сигнализацию Wnt, что в итоге ведет к дифференцировке в кардиомиоциты.

Значение и перспективы

Это первое сообщение, подтверждающее, что ДНК-аптамер позволяет получать кардиомиоциты из iPSC.

Аптамеры экономически эффективны, стабильны при хранении и открывают возможность получения специфических клеток из стволовых клеток пациента. Они могут служить терапевтическими агентами при многих состояниях, связанных с дисфункцией стволовых клеток.