Учёные определили генетическую основу сердечных и черепно-лицевых врождённых пороков

Международная группа исследователей из Израиля, США и других стран совершила важный прорыв в области регенеративной медицины, впервые описав связи в генетической регуляции, которые в норме предотвращают пороки развития сердца и лицевых мышц.

Некоторые из этих проблем встречаются удивительно часто — около 1% всех людей имеют врождённый порок сердца. Это фундаментальное исследование предоставит дорожную карту, которая в конечном итоге позволит учёным выращивать из стволовых клеток именно те типы клеток, которые необходимы для восстановления таких дефектов. Стволовые клетки можно получить из тканей самого пациента.

Результаты были опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Достижения в регенеративной медицине и биологии развития теперь возможны, потому что нам больше не нужны человеческие эмбрионы для получения стволовых клеток", — сказала Крисса Киуси, соавтор исследования. — "Нобелевская премия в этом году была присуждена людям, которые открыли, как создавать стволовые клетки из биопсий взрослого человека".

Стволовые клетки, полученные от пациента, в принципе можно превратить в любой необходимый тип клеток. Ключ — в понимании точного регуляторного процесса, который говорит клеткам, во что им следует превращаться, например, в клетку внешней стенки левого желудочка сердца.

"Как только мы поймём эти генетические контроли в достаточной детализации, мы сможем не только превратить клетку кожи в стволовую клетку, но и превратить эту стволовую клетку в тип, необходимый для выздоровления пациента", — отметила Киуси. — "В конечном итоге мы, возможно, сможем выращивать заменяющие органы из клеток пациента".

В этом исследовании учёные идентифицировали четыре специфических гена "транскрипционных факторов", которые контролируют процессы, связанные с формированием мышц сердца и головы. Когда в этом процессе возникают дефекты, результатом может быть смерть или ряд изнурительных проблем — от расщелины нёба до лицевых мальформаций и дефектных сердечных клапанов.

"В человеческом геноме около 20 000 генов, но только 2 000 из них кодируют транскрипционные факторы", — пояснила Киуси. — "Эти транскрипционные факторы контролируют экспрессию генов, генетическую машинерию. В совокупности они определяют, какая из 20 000 возможных молекулярных машин фактически задействована в каждом конкретном типе клеток".

Учёные выяснили, что эти транскрипционные факторы работают не поодиночке, а функционируют в небольших, самостабилизирующихся комбинациях как минимум из двух или трёх факторов.

Процесс развивается быстро после зачатия, и в течение одного месяца большинство клеток тела "знают" свой тип, основываясь на точной комбинации транскрипционных факторов, производимых внутри них. Когда исследователи поймут, как генерируются эти стабильные комбинации транскрипционных факторов, они будут знать, как искусственно создавать эти комбинации в стволовых клетках, чтобы преобразовывать их в нужные типы клеток.

Эмбриональное развитие млекопитающих — это процесс самоконструирования, серия переходов "временных" типов клеток на пути к взрослым типам. Оплодотворённая яйцеклетка по сути является стволовой клеткой с потенциалом стать любым другим типом клеток. На каждом промежуточном этапе "временные" типы клеток становятся более ограниченными в том, чем они могут стать, пока в конечном итоге не достигнут и не сохранят взрослый тип.

"В этой работе и в регенеративной медицине мы очень заботимся обо всех этих этапах дифференцировки клеток", — сказала Киуси. — "Если вы знаете все шаги, необходимые, чтобы пройти путь отсюда туда, вы можете определить, что пошло не так, и найти способы это исправить. Это уже делается при некоторых заболеваниях, и эта работа приблизит нас к возможности восстановления сердечных и черепно-лицевых дефектов".

Хотя в теле человека около 100 триллионов клеток, существует всего около 100 взрослых типов клеток. Понимание и влияние на генетическую спецификацию этих типов клеток возможно и, вероятно, революционизирует лечение многих дефектов и болезней.

Исследование было поддержано Европейским исследовательским советом, Фондом науки Израиля, Национальными институтами здравоохранения США и другими агентствами. Ведущим автором был Эльдад Цахор из Института науки Вейцмана в Израиле.