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

правильная работа которого важна для нормального формирования и стабилизации теломеразы [8]. Исследователи сосредоточились на изучении PAPD5 – белка, подавляющего работу гена PARN. Чтобы найти молекулу, которая будет препятствовать работе белка PAPD5, ученые проанализировали более 100 тысяч химических веществ. Наиболее подходящие молекулы протестировали на культурах клеток, полученных от пациентов с дискератозом, а затем на лабораторных мышах, которым предварительно пересадили стволовые клетки человека с мутациями в гене PARN, ведущими к развитию дискератоза. Действие молекул-ингибиторов PAPD5 приводило к восстановлению длины теломер в трансплантированных клетках, не влияя при этом на способность животных образовывать различные виды клеток крови.

Врожденный дискератоз – генетически обусловленный синдром, при котором костный мозг не вырабатывает достаточно клеток крови. Характерные симптомы при этом: аномалии на кожных покровах, поражение слизистых оболочек, ломкость ногтевой пластины.

А есть ли предел для функционирования стволовых клеток? Биолог Эван Снайдер из Санфордского института медицинских исследований задумал перепрограммировать клетки 114-летнего пациента [19]. До сих пор считалось, что настолько старые стволовые клетки уже теряют свою «суперспособность».

Благодаря выборочному анализу клеток людей, чей возраст перешагнул целый век, удалось заметить особенность: тела этих долгожителей демонстрируют меньшую склонность к возрастным заболеваниям (например, болезням Альцгеймера и Паркинсона). Вероятно, дальнейшее изучение особенностей генов долгожителей даст возможность противостоять многим возрастным болезням, ухудшающим качество жизни!

Глаз из стволовых клеток

В сентябре 2019 года стало известно, что японцы впервые в мире провели человеку пересадку роговицы [6] на основе ИПСК, а не биоматериала погибших доноров, как делалось это ранее.

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

Один из главных плюсов такого трансплантата – отсутствие в нем клеток иммунной системы, а следовательно, низкая вероятность отторжения.

Давайте сначала разберемся, что собой представляет роговица глаза.

Роговица – прозрачная часть одной из оболочек глазного яблока, служит для преломления света.

К сожалению, довольно часто эта часть глаза травмируется либо биохимические процессы в эпителии роговицы нарушаются так, что это снижает ее прозрачность. Зрение при этом ухудшается, и ухудшение нередко прогрессирует.

Выход один – менять роговицу. Например, взять у погибшего донора. Но при этом иммунная система может не принять «чужую» роговицу, тогда произойдет отторжение. К сожалению, бывает такое частенько…

Из ИПСК можно получать клетки различных типов, конечный результат зависит от того, какой смесью факторов на них действовали.

Первым человеком – реципиентом роговицы, эпителий которой вырос из потомков ИПСК, стала 40-летняя гражданка Японии. Она страдала от ретикулярной дисгенезии роговичного эпителия, то есть его клетки не обновлялись должным образом и поэтому не могли обеспечить достаточную прозрачность роговицы. В 2019 году в левый глаз пациентки пересадили тонкий слой ткани роговицы, полученный из ИПСК донора. Уже через месяц ее выписали из больницы, при этом зрение женщины с момента операции улучшилось [10].

До этого положительные результаты трансплантация показала в опыте на кроликах [11]. На мой взгляд, это прорыв в исследованиях с использованием стволовых клеток. В Японии еще в марте 2019 года Министерство здравоохранения утвердило операции по пересадке роговиц из потомков ИПСК четырем добровольцам, именно этот документ дал зеленый свет для таких трансплантаций [12].

Эмбриончики, мини-органы и другие милости

Перейдем от глаза к более сложной системе – эмбриону. Искусственное оплодотворение в последние годы становится предметом этических и научных дискуссий. Самый большой процент замирания беременности как при естественном оплодотворении, так и при ЭКО, происходит на стадии бластоцисты, когда зародыш содержит всего до 100 клеток: на этом этапе нередки случаи выкидышей. Новое исследование позволяет изучать причины ошибок в процессе начального развития эмбриона [13].

Фаза бластоцисты начинается примерно на пятый день от оплодотворения, продолжается несколько дней, и именно тогда происходят клеточные дифференциации, но самое главное – имплантация зародыша к стенке матки. Найти гены, ответственные за этот процесс клеточной дифференциации, довольно тяжело.

Для создания человеческих бластоидов (органоидов бластоцисты) ученые под руководством биолога By Цзюнь из Техасского университета использовали зародышевые стволовые клетки. При нужных внешних условиях они могут развиться в три типа клеток, из которых в бластоцисте затем формируются ткани плода, плацента и желточный мешок. Команда By сделала огромный шаг, показав, что под действием определенной молекулярной смеси стволовые клетки начинают формировать бластоид [9].

Несмотря на то что у ученых уже получается вырастить бластоида, до целого гуманоида еще очень далеко[1]. В первую очередь потому, что по сравнению с человеком способность к регенерации органов и тканей гораздо лучше развита у других живых организмов. Это возможно благодаря особому виду взаимодействия генов, не свойственных нам. И если исследователи смогут досконально изучить «язык» генов, то мы получим ключ к регенерации органов и тканей.

У человека все гены работают по принципу «изолированной петли», то есть гены, отвечающие за проявление конкретных механизмов, работают так всю жизнь. Грубо говоря, клетки сердца всегда останутся клетками сердца. Но вот у актинии все не так: ее клетки способны становиться любым органом, так почему бы не использовать такой потенциал?

Мартиндейл и его команда решили изучить этот вопрос подробнее, чтобы добиться регенерации клеток сердечной мышцы [14]. А в Пенсильвании ученые смогли воссоздать регенерацию клеток эпикарда, внешней оболочки сердца, расшифровав, какие именно молекулярные сигналы необходимо передать стволовым клеткам для их дифференцировки [15].

А вот исследователи из Нидерландов смогли воплотить еще один эксперимент в жизнь: вырастить слезные железы и даже заставить их плакать!

Органоиды – это биологические объекты (часто уменьшенные), структура которых аналогична структуре определенных органов. Очень часто внешне органоиды очень сильно отличаются от «оригинального органа», то есть они могут выглядеть как угодно. Суть таких органоидов в том, что их клетки обычно взаимодействуют почти также, как и у «оригинальных» органов. Именно поэтому так часто используют именно органоиды для исследований каких-либо заболеваний определенных органов, подбора терапии и создания новых методов диагностики.

Вообще, слезные железы необходимы для защиты глаз от повреждений. В новом исследовании сообщается о создании органоидов, подобие настоящих органов, но с меньшим функционалом и размером. С помощью нейромедиатора их заставили выделять реальную слезу. Достигнув результата, ученые приступили к изучению генов, активирующих работу слезных желез. Удалив ген РАХ6, который контролирует развитие глаз и других органов чувств, прекратили экспрессию генов, отвечающих за выделение нейромедиатора и производство слезы. Ранее предполагалось, что синдром Шегрена (аутоиммунное заболевание, которое характеризуется снижением секреции слезных и слюнных желез) связан с нарушением работы как раз этого гена. Теперь