Новый фактор репрограммирования повышает эффективность получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека
Исследователи под руководством доктора Кейджина Ху из Университета Алабамы в Бирмингеме обнаружили мощный фактор репрограммирования, который более чем в 20 раз повышает эффективность создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (HiPSCs) из фибробластов кожи, ускоряет процесс на несколько дней и улучшает качество репрограммирования.
HiPSCs считаются перспективными для медицинских исследований и лечения болезней. Это искусственные версии эмбриональных стволовых клеток человека (hESCs). Их можно получить из соматических клеток, например, фибробластов из биопсии кожи, не разрушая эмбрион. Как и hESCs, HiPSCs могут дифференцироваться в любой специализированный тип клеток, что делает их мощным инструментом для разработки лекарств, моделирования заболеваний и потенциальной клеточной терапии. Однако низкая эффективность их получения (менее 0.1–1%) является серьёзным препятствием.
В статье, опубликованной 7 марта в Nature Communications, описано, как фактор репрограммирования — белок киназного семейства BRD3R, который считывает ацетилированные гистоновые коды в хромосоме, — повышает эффективность и ускоряет процесс.
Изучая экспрессию генов при сверхэкспрессии BRD3R во время репрограммирования, лаборатория Ху также разрешила загадку, существовавшую с 1962 года, когда Джон Гёрдон впервые клонировал лягушку: почему клонирование животных успешно только с ооцитами на стадии метафазы II митоза? Оказалось, что ген BRD3R активирует 128 митотических генов, что даёт молекулярное объяснение преимуществу митоза в репрограммировании.
Для репрограммирования фибробластов использовали BRD3R, доставляемый лентивирусным вектором, вместе с тремя генами из метода Яманаки (OCT4, SOX2 и KLF4). BRD3R не смог заменить ни один из этих трёх факторов, что указывает на его уникальную роль. Процесс проводили в ксеногенно-свободной среде (без клеток мыши или сыворотки), что соответствует требованиям FDA для будущего клинического применения.
Поиск нового фактора начался в 2011 году. Из библиотеки 558 человеческих киназных генов после скрининга 89 кандидатов был выявлен BRD3R. Он увеличивал число колоний репрограммированных клеток, экспрессирующих маркеры плюрипотентности — щелочную фосфатазу и TRA-1-60. Ни один из родственных генов BET-подсемейства (BRD2, BRD3, BRD4) не показал такой активности.
Хотя BRD3R взят из киназной библиотеки, его киназная активность ещё не доказана. Однако на ранних стадиях репрограммирования он активирует гены, кодирующие четыре киназы (включая ключевые митотические), пять генов, регулирующих активность киназ, и один ген фосфатазы. Таким образом, BRD3R, вероятно, регулирует важную митотическую киназную сеть для стимуляции репрограммирования.
В параллельной статье в Stem Cells and Development лаборатория Ху предлагает решение проблемы безопасности клинического применения HiPSCs. Эти клетки, как и раковые, обладают неконтролируемым ростом, и даже одна оставшаяся HiPSC в трансплантате может привести к образованию опухоли у пациента.
Лаборатория обнаружила, что нацеливание на поверхностный белок-маркер HiPSC — PODXL — с помощью хорошо изученного антитела убивает плюрипотентные клетки. Авторы предлагают использовать это антитело для устранения опухолегенных плюрипотентных клеток в производных от стволовых клеток трансплантатах.
PODXL участвует более чем в 10 различных злокачественных заболеваниях человека и играет роль в метастазировании. Лабораторию интересует, может ли то же антитело убивать и другие злокачественные клетки у онкологических больных.
Экспрессия гена PODXL высока в HiPSCs и снижается при дифференцировке. Однако было обнаружено, что остаточная популяция PODXL-положительных клеток сохраняется даже после длительной дифференцировки. Срочно необходимо изучить опухолегенность этих остаточных клеток в HiPSC-трансплантатах.