Стресс возвращает клеткам «второе детство»

Новые данные Харуко Обокаты из Центра биологии развития RIKEN в Кобе и Чарльза Ваканти из Бригамской и женской больницы в США показывают, что воздействие на клетки мыши кислотным стрессом может вернуть их в крайне незрелое с точки зрения развития состояние, превосходящее даже состояние эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).

ЭСК способны формировать любой тип ткани в организме, и эта «плюрипотентность» представляет большой интерес для учёных и клиницистов. Однако, поскольку эти клетки необходимо получать из эмбрионов на ранней стадии, исследования человеческих ЭСК остаются политически и этически сложным вопросом. В качестве альтернативы исследователи могут «перепрограммировать» взрослые клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки), подобные ЭСК, которые имеют преимущество генетического соответствия донору. Однако генерация iPS-клеток обычно требует введения репрограммирующих генов, что может повлиять на их функцию или риск ракового перерождения.

Обоката и коллеги обнаружили альтернативный путь к плюрипотентности, вдохновляясь миром растений. Чтобы проверить гипотезу, они выделили белые кровяные клетки новорождённых мышей и изучили их реакцию на различные внешние стрессы.

Назад к истокам

Исследователи генетически модифицировали клетки мыши так, чтобы они экспрессировали флуоресцентную метку при активации гена Oct4, тесно связанного с плюрипотентностью. Используя этот индикатор, они установили, что менее 30 минут воздействия кислыми условиями достаточно для стимуляции образования кластеров клеток, экспрессирующих Oct4. Хотя обработка убила большую часть исходной популяции клеток, около половины выживших клеток были флуоресцентно мечены после недели культивирования в среде, благоприятной для роста стволовых клеток.

Выжившие клетки показали многие характеристики ЭСК, включая способность формировать все различные зародышевые листки. Более того, когда эти клетки «стимул-индуцированного приобретения плюрипотентности» (STAP-клетки) вводили в эмбрионы мыши на ранней стадии, они включались во все ткани организма, и эмбрионы впоследствии развивались в здоровых, фертильных мышей.

В отличие от ЭСК, STAP-клетки плохо росли в культуре. Чтобы усилить их пролиферацию, Обоката и коллеги выращивали клетки в среде для культивирования стволовых клеток с добавлением адренокортикотропного гормона (АКТГ). Клетки процветали, сохраняя способность интегрироваться в развивающиеся эмбрионы. Эти более удобные для культивирования клетки исследователи назвали «STAP стволовыми клетками».

STAP-клетки также преподнесли сюрпризы. При трансплантации в ранний эмбрион ЭСК, как правило, включаются исключительно в сам эмбрион, но не в трофобласт (вспомогательную ткань, образующую плаценту). В отличие от них, трансплантированные STAP-клетки интегрировались как в эмбрион, так и в трофобласт. Исследователи отметили, что STAP-клетки экспрессируют несколько генов, активность которых обычно связана с линией трофобласта. Культивирование STAP-клеток в присутствии сигнального белка фактора роста фибробластов (FGF) увеличивало их сходство с стволовыми клетками трофобласта. Напротив, трансплантированные STAP стволовые клетки не могли включаться в трофобласт.

Развивающаяся загадка

Эти результаты позволяют предположить, что STAP-клетки могут представлять собой ещё более раннюю стадию развития, чем ЭСК — предшественник со способностью к плюрипотентности, позволяющей дифференцироваться как в эмбриональные, так и в плацентарные ткани. Альтернативно, STAP-клетки могут либо существовать в динамическом состоянии, колеблющемся между двумя путями развития, либо содержать отдельные субпопуляции, предрасположенные к эмбриональной или плацентарной дифференцировке.

Многие вопросы остаются без ответа. Обокате и коллегам удалось получить STAP-клетки из широкого спектра тканей недельных мышей, но неясно, сохранят ли клетки, взятые от более взрослых или взрослых животных, такую же способность к репрограммированию, индуцированному pH, и будет ли тот же протокол работать для человеческих клеток.

Тем временем, замечательные свойства STAP-клеток и STAP стволовых клеток предполагают, что они могут предложить неожиданно простой и ненавязчивый механизм для генерации плюрипотентных клеток для исследований и, возможно, даже клинического применения.