Ученые предлагают способ превратить любую клетку в любой другой тип клеток без «волшебной палочки»
Ученые из Мичиганского университета вместе с коллегами из Университета Мэриленда и Гарвардского университета предложили новый подход к прямой репрограммированию клеток, который может стать «коротким путем» для преобразования одной специализированной клетки в другую, минуя стадию индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC).
Их работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, основана на математической модели, использующей современные данные о структуре генома и активности генов.
Суть метода
Цель: Прямое перепрограммирование клеток (например, кожи) в желаемый тип клеток без промежуточных этапов.
Основа: Комбинация биологической информации (активность генов, структура хроматина) с математическим подходом, называемым data-guided control (управление на основе данных).
Ключевые элементы:
- Транскрипционные факторы (TFs): Молекулы, которые регулируют «считывание» генов.
- Данные Hi-C: Информация о трехмерной структуре хроматина, показывающая, какие участки ДНК взаимодействуют друг с другом в пространстве ядра.
- Алгоритм: Модель определяет оптимальную комбинацию факторов и точное время их добавления для достижения преобразования.
Как это работает?
Модель использует огромные массивы данных об активности генов (RNA), транскрипционных факторов и топологически ассоциированных доменах (TADs) хроматина, полученные с помощью техники Hi-C.
«У нас сейчас так много данных... что мы полагаем, что можем перейти от начальной конфигурации клетки к желаемой», — говорит старший автор статьи Индика Раджапаксе, доктор философии.
Алгоритм анализирует эти данные, чтобы построить «карту» последовательности и времени воздействия специфическими TFs, которая приведет к превращению одной клетки в другую. Авторы отмечают, что их формула успешно предсказывает факторы, открытые ранее методом проб и ошибок и принесшие Нобелевскую премию за создание iPSC.
Текущий статус и перспективы
- Пока статья представляет теоретическую модель и алгоритм, которые не были напрямую проверены в лаборатории.
- Авторы планируют дальнейшее тестирование метода, в том числе в лаборатории онкологии Макса Вича, доктора медицины, в Michigan Medicine.
- Потенциальные области применения, если метод окажется успешным:
- Регенеративная медицина: Восстановление поврежденных или утраченных тканей.
- Изучение и лечение рака: Понимание того, как нормальные стволовые клетки могут перепрограммироваться в раковые стволовые клетки.
«Этот алгоритм предоставляет план, который имеет важное значение для лечения рака... а также для регенеративной медицины и тканевой инженерии, поскольку дает схему для получения любого желаемого типа клеток», — отмечает Макс Вича, соавтор статьи.
Новый подход предлагает потенциально более быстрый и целенаправленный способ управления клеточной судьбой, объединяя мощь современной биоинформатики и математического моделирования.