Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки - Ангелина Владимировна Потапова

class="p1">Для упрощенного объяснения процесса исследователи используют следующую аналогию. Белок FOXA1 – это человек, который открывает дверь в квартиру. Что из себя представляет эта квартира? Эдакая типичная двушка в новостройке с отделкой White Box. Ровные белые стены, тип планировки и высота потолков – это стандартные параметры, которыми обладают все стволовые клетки до превращения в новые. Чтобы сделать в такой квартире ремонт по вашему заказу, требуется дизайнер интерьера: в мире клеток это сигнальные молекулы, которые определяют дальнейшую судьбу каждой стволовой клетки. Они задают цвет обоев, отделку пола и потолков, расстановку мебели. Далее приходит команда работников (определенный набор белков), которая выполняет свою работу. Они берутся активировать те участки генома стволовой клетки, которые соответствуют поставленной задаче. Из пустой комнаты можно сделать и спальню, и гостиную, и детскую: база для этого имеется. Так и эти белки-активаторы: заставляют работать те гены, которые отвечают за рост определенного типа тканей.

FOXA1 обнажает молекулу ДНК стволовой клетки и открывает доступ к информации! Белки считывают тот код, на который указывает FOXA1, и строят новые структуры тканей и органов. Результаты этого исследования дает надежду на переход на новый уровень в выращивании органов и тканей для пересадки их нуждающимся людям.

А вот исследователи из Медицинской школы Университета Вирджинии даже смогли вырастить мышиный эмбрион из стволовых клеток.

Работа основана на результатах предыдущего исследования, в котором определили необходимые условия для искусственного развития эмбрионов рыбок Данио с нуля [4]. Теперь же удалось получить нормальное развитие хорды, то есть будущего позвоночника, зачатков желудочно-кишечного тракта и впервые в мире вырастили нервную трубку – начальный этап развития центральной нервной системы [5]. Американские ученые получили даже первые сократительные движения сердечной мышцы! Но такой эмбрион не сможет вырасти в полноценную мышь: развитие останавливается в середине беременности. Требуются дополнительные исследования. Несмотря на это, такие эмбрионы могут стать отличным инструментом для изучения заболеваний плода на стадии эмбрионального развития, а также для создания возможного лечения таких заболеваний.

Ранее ученые обнаружили, что нервные стволовые клетки активно участвуют в регуляции процесса старения организма. Но не будем долго останавливаться на процессах старения и перейдем к процессам омоложения. Итак, чтоб чудом омолодиться, нужен всего лишь особый коктейль, «магический коктейль Яманаки». Или это все же не так просто, как кажется?

Как приготовить Молодильный коктейль?

И при чем тут стволовые клетки?

Из плюрипотентных клеток происходит все. И если мы научимся управлять этой плюрипотентностью, то для каждого человека будем способны создавать дополнительные ткани.

Плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток, кроме клеток внезародышевых органов (плаценты и желточного мешка).

У человека эти клетки существуют на стадии эмбрионального развития, которая называется бластоциста. После этого они специализируются, то есть, теряя плюрипотентность, становятся мультипотентными, и происходит развитие организма.

Японский ученый Синъя Яманака с помощью четырех генов научился получать плюрипотентные стволовые клетки из любых клеток живущих взрослых организмов. Это шикарнейшее открытие! И по сравнению с клонированием оно технологически намного проще. Не нужно переносить ядро, не нужна яйцеклетка. Нет морально-этических проблем! Красота!

Репрограммирование клеток с помощью генов похоже на волшебство! Именно поэтому эти четыре гена многие и называют «магическим коктейлем Яманаки».

Эти четыре гена можно ввести в любые клетки взрослого организма. Например, взять клетки кожи, ввести в них эти гены – и вот оно, чудо! Через некоторое время они превратятся в клетки, совершенно одинаковые с клетками, которые мы выделили бы из бластоцисты, то есть с первыми плюрипотентными стволовыми клетками. Эти клетки получили название индуцированных плюрипотентных стволовых клеток [16]. То есть через введение туда генов произошло репрограммирование: из взрослых они вернулись в эмбриональное состояние и приобрели свойство плюрипотентности.

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) – тип плюрипотентных клеток млекопитающих, которые получают из клеточной массы на ранней стадии развития эмбриона.

Для примера возьмем мышиные индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, введем в полость бластоцисты, эту бластоцисту имплантируем мышке, и из нее родятся мышата.

Это значит, что мы можем сегодня для каждого человека получать плюрипотентные стволовые клетки и из них делать персональные тканевые либо клеточные препараты, чтобы, например, использовать их в целях регенеративной медицины либо изучать те или иные патологии. А может, оставаться вечно молодым?

Недавно ученые, кажется, чуть-чуть приблизились к ответу на этот вопрос [17].

Исследователи смешали три фактора Яманаки (из четырех) с клетками кожи взрослого человека, чтобы таким образом перепрограммировать эти клетки. Такой «коктейль» вводили в поврежденные клетки сетчатки в задней части глаз слепых мышей и «включали» их с помощью определенных химических веществ. Мыши восстановили большую часть своего зрения. Затем команда взялась за клетки мозга, мышц, почек и восстановила их до гораздо более молодого состояния.

«Одним из наших достижений стало понимание того, что, если вы используете этот набор из трех факторов, мыши не «молодеют до конца», что может вызвать рак или что-то еще. Вместо этого клетки омолаживаются на 50–75 % и потом останавливаются («откат назад»). Как клетки это делают, пока неизвестно», – отметил руководитель научной группы.

На основе этого исследования профессор сформулировал «информационную теорию старения». Идея которой – «откатить» клетки не до «заводских настроек», а до определенной «резервной копии» (как в компьютере). Сейчас эта же команда ученых пытается найти способ равномерно доставить «молодильный коктейль» в каждую клетку.

До этого эксперимента ученые уже несколько раз пытались омолодить клетки у мышей, показывая, что старение можно обратить вспять более одного раза, и сейчас они тестируют такую перезагрузку у приматов. Но могут пройти десятилетия или столетия, прежде чем какие-либо клинические испытания против старения начнутся на людях.

Одна из теорий старения гласит, что теломеры с каждым делением укорачиваются. О теломерах вы уже узнали из первой главы, давайте еще немного углубимся в эту тему. Укорочение теломер связано с тем, что фермент ДНК-полимераза, восстанавливающий структуру ДНК, не умеет копировать концевые участки хромосом. И чтобы не потерять информацию, на концах хромосом находятся теломеры. У них есть и защитная функция – предотвращать склеивание хромосом между собой.

Жизнь клетки зависит от остатка длины теломер: при сильном укорочении она запускает процессы старения и гибели, чтобы избежать склеивания хромосом и серьезных мутаций. Стволовые же клетки делятся очень много раз и содержат фермент теломеразу, который восстанавливает эти участки. Мутации, нарушающие работу этого фермента, вызывают наследственные заболевания. Ученые из Бостонской детской больницы под руководством Сунита Агарвала несколько лет назад показали, что в развитие теломерных заболеваний вовлечен ген,