Ученые сделали первый шаг к управлению всемогущими клетками из начала жизни

Создание или омоложение жизни — один из главных вопросов биологии, стоящий за работами нобелевских лауреатов. Именно им движимо недавнее исследование под руководством Шен Дина из Школы фармацевтических наук Университета Цинхуа, опубликованное в Nature.

В этом исследовании Дин и коллеги определили коктейль из препаратов, который по желанию индуцирует всемогущий тип стволовых клеток, способный самостоятельно превратиться в целый организм. Ученые также смогли поддерживать потенциал дифференцировки полученных клеток в лаборатории, создав стабильную систему для изучения зарождения жизни. Этот альтернативный путь — получение «чистого листа» ранних клеток из более зрелых, а не из новых сперматозоида и яйцеклетки — может иметь широкие последствия. «Такая альтернатива природному способу создания начала жизни — это Святой Грааль биологии», — говорит Дин.

От тотипотентности к специализации

Зарождение жизни начинается с одной клетки — зиготы. В природе специализация клеток в процессе деления необратима. После стадии двухклеточного эмбриона клетки быстро теряют тотипотентность — способность дать начало всем типам клеток целого организма и его вспомогательных тканей (желточный мешок, плацента). Дальше по шкале потенциала следуют плюрипотентные и мультипотентные стволовые клетки. «Обычно после тотипотентных ни одни другие стволовые клетки не могут самостоятельно превратиться в жизнь», — поясняет Дин.

Коктейль TAW и создание системы

Чтобы изучать и контролировать тотипотентные стволовые клетки, команда создала систему для их индукции и поддержания, подтвердив идентичность клеток по строгим критериям.

Опираясь на 20-летний опыт изучения регуляции судьбы клеток химическими соединениями, команда отобрала и протестировала тысячи комбинаций малых молекул. В результате было выявлено три молекулы, способные превратить мышиные плюрипотентные стволовые клетки в клетки с признаками тотипотентности. Этот коктейль назвали TAW (каждая буква обозначает молекулу, регулирующую конкретное решение о судьбе клетки). Их совместный эффект ранее не был известен.

Доказательство тотипотентности

Клетки, обработанные TAW, прошли строгие молекулярные тесты на всех уровнях: транскриптома, эпигенома и метаболома. В них были активны сотни ключевых генов, характерных для тотипотентных клеток и считающихся эталоном для ее определения, в то время как гены, ассоциированные с плюрипотентностью, были «заглушены».

Потенциал дифференцировки проверили in vitro и in vivo, введя клетки в ранний эмбрион мыши. Клетки не только вели себя как истинно тотипотентные in vitro, но и дифференцировались in vivo как в эмбриональные, так и во внеэмбриональные линии (например, в ткани желточного мешка и плаценты). Плюрипотентные клетки могут дать начало только плоду.

Стабильность и перспективы

При использовании специальных условий культивирования индуцированные TAW тотипотентные клетки сохраняли свои свойства и в последующих поколениях. Это означает, что их тотипотентность можно поддерживать в лаборатории, создав стабильную систему.

Такая система откроет множество возможностей для изучения начала жизни. «Определенные клетки должны появляться в правильное время и в правильном месте, чтобы возникла жизнь», — говорит Дин, и без должных инструментов это не изучить. «Эта статья — первый шаг, открывающий огромные возможности».

Более глубокое понимание и контроль над тотипотентными клетками может иметь широкие последствия, включая новые шансы на создание индивидуальной жизни и даже ускорение эволюции вида.

Этические соображения

Дин признает, что многие из этих возможностей вызовут споры. Хотя они лежат в отдаленном будущем, трудно предсказать, какими будут этические concerns общества. Научное сообщество не видит ослабления ограничений на исследования человеческих эмбрионов в последнее десятилетие, однако в прошлом году началось серьезное обсуждение возможности продления срока содержания человеческого эмбриона in vitro за пределы «правила 14 дней».

Команда осознает этические considerations. Дин считает, что главная задача ученых — делать открытия в настоящем и закладывать основу для будущих поколений, которые будут обладать знаниями и инструментами для принятия решений.