Ученые из Университета Кюсю (Япония) и Гарвардской медицинской школы (США) выявили белки, способные «перепрограммировать» фибробласты (наиболее распространенные клетки кожи и соединительной ткани) в клетки, сходные по свойствам с клетками-предшественниками конечностей. Результаты исследования, расширившие представления о развитии конечностей и заложившие основу для развития регенеративной терапии, опубликованы в журнале Developmental Cell.
Люди с потерей конечностей чаще всего пользуются синтетическими материалами и металлическими протезами, но ученые исследуют процесс развития конечностей, чтобы приблизить регенеративную терапию к потенциальному методу лечения.
Во время развития конечности у эмбриона клетки-предшественники в зародыше конечности дают начало большинству различных тканей: костей, мышц, хрящей и сухожилий. Поэтому важно создать доступный способ получения этих клеток. Сегодня принято получать клетки-предшественники непосредственно из эмбрионов, но в случае с человеческими эмбрионами это вызывает этические проблемы. Альтернативой может стать их получение с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые перепрограммируются в эмбриональное состояние и затем могут быть превращены в определенные типы тканей.
Новый метод, который напрямую перепрограммирует клетки фибробластов в клетки-предшественники конечностей, делает процесс проще и доступнее. Кроме того, он снимает опасения, что клетки могут стать раковыми, что часто происходит с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
Сначала ученые исследовали, какие гены экспрессируются в ранних зачатках конечностей у мышей и куриных эмбрионов. Почти все клетки организма, содержат идентичную геномную ДНК, но различные свойства и функции каждого типа клеток появляются в процессе развития благодаря изменениям в экспрессии генов. Одним из способов контроля экспрессии генов в клетках являются специфические белки, называемые транскрипционными факторами.
Исследователи выявили 18 генов, которые более активно экспрессируются в зачатке конечности по сравнению с другими тканями. Они культивировали фибробласты из эмбрионов мышей и ввели их в фибробласты с помощью вирусных векторов, чтобы клетки вырабатывали эти 18 белковых факторов. Оказалось, что модифицированные фибробласты приобрели свойства и экспрессию генов, схожие с естественными клетками-предшественниками конечностей.
Затем ученые определили, что только 3 белковых фактора необходимы для перепрограммирования мышиных фибробластов в прогениторные клетки конечностей: Prdm16, Zbtb16 и Lin28a. Четвертый белок (Lin41) помогал культивируемым клеткам-предшественникам конечностей быстрее расти и размножаться.
Перепрограммированные клетки — не только молекулярные имитаторы; ученые подтвердили их потенциал для развития в специализированные ткани конечностей. Сейчас авторы работы пытаются применить этот метод к человеческим клеткам для будущего терапевтического применения, а также к змеям, чьи предки имели конечности, впоследствии утраченные в ходе эволюции.
