Стволовые клетки делятся белком

Как должна работать идеальная клеточная терапия, излечивающая диабет (будем говорить о диабете первого типа)? Врач отбирает клетки кожи пациента (в этом выборе нет никакой специфики – нужна просто клетка, которую легко извлечь). Затем клетка модифицируется: из нее извлекаются все специфические фрагменты, определяющие ее функции как клетки кожи, сохраняется только «скелет». Эту «модельную клетку» перепрограммируют так, чтобы она смогла дать начало колонии бета-клеток поджелудочной железы. Именно эти клетки продуцируют гормон инсулин, регулирующий уровень глюкозы в крови, а их повреждение и нарушение функционирования является одной из причин возникновения диабета первого типа. Затем полученная клетка вносится в организм и успешно продуцирует инсулин, как родная – донором клетки выступал сам пациент, поэтому ее отторжения не будет.

Такая (или аналогичная) индивидуальная терапия – конечная цель исследований, связанных со стволовыми клетками. Однако эта задача очень сложна: чтобы провести «перепрограммирование» клеток и добиться успешного лечения диабета и других заболеваний, нужно хорошо понимать функции и механизм действия ряда генов, белков и микроскопических реакций, связывающий их в сложную «паутину».

Ученым удалось сделать еще один шаг – расплести один из узелков этой сети.

Группа ученых из Мэриленда и Северной Каролины обнаружила белок, ответственный за специфические функции стволовых клеток. Их работу публикует Nature.

Особенность стволовых клеток в том, что их функции не заданы изначально, они дифференцируются для выполнения той или иной работы в организме (например, кроветворения) в ходе так называемого асимметричного деления. В этом случае из одной клетки получаются две: одна аналогична материнской, а вторая способна дифференцироваться и выполнять функции клетки другой ткани.

Обнаруженный биохимиками белок Tet1 ответственен за способность стволовых клеток к асимметричному делению и сохранению так называемой плюрипотентности, способности перерождаться в любую специфическую клетку человеческого тела.

«Наше открытие – один из компонентов «коктейля», необходимого для «реставрации» функционально дифференцированных клеток до уровня их прародителей – стволовых клеток эмбриона. Такую клетку уже можно дифференцировать так, как это необходимо, и восполнять недостающие клетки организма, например, бета-клетки поджелудочной железы у диабетиков», – отметил Йи Чжан, профессор биохимии и биофизики из Университета Северной Каролины, руководивший работой.

Его группе удалось наблюдать работу белка Tet в клеточных культурах стволовых клеток мышей (Tet у них аналогичен человеческому). Ученые обнаружили, что белок активирует особый ген Nanog, который помогает стволовым клеткам асимметрично делиться, сохраняя плюрипотентность.

«Это не единственный ген, важный для поддержания специфических функций стволовых клеток.

Однако нам не удастся понять общий механизм их работы, пока мы не идентифицируем все ключевые фрагменты сети, управляющей им. С этой точки зрения наша работа – это очень хороший шаг вперед», – добавил Чжан.

После эксперимента на клеточной культуре ученые отследили механизм работы белка Tet1 «в реальной жизни». Они наблюдали жизнедеятельность эмбриона мыши с дисфункцией Tet1. Оказалось, что если белок не работает в одной из двух эмбриональных клеток, клетки, полученные от Tet1-дефицитной «мамы», склонны перерождаться в клетки трофобласта – наружного покрова эмбриона, а не в клетки внутренней ткани, из которой потом образуются плюрипотентные клетки.

Белок Tet1, скорее всего, работает как фермент для поддержки гена Nanog в активном состоянии. Когда ген работает, клетка «считает себя» стволовой клеткой. Когда ген выключается, клетка теряет «стволовость» и начинает дифференцироваться. Tet1 – один из белков, осуществляющих вторичную модификацию клеток.

Именно благодаря таким белкам клетки нашего организма так разнообразны, а ряд клеток выполняют различные специфические функции, несмотря на то, что управляются одним и тем же генетическим кодом.

Это зависит от того, какой ген активируется для данной конкретной клетки и когда. Именно ферменты осуществляют эту активацию.

«Чем больше мы узнаем о наборе устройств, которые модифицируют работу ДНК, тем больше мы понимаем в механизме определения «судьбы» клетки. В конечном итоге при наличии достаточной информации о белках Tet и сопутствующих факторах мы сможем использовать эти знания для репрограммирования клеток – изменения их функции», – заключил Чжан.

Такие исследования предлагают альтернативу клеточной терапии с помощью собственных стволовых клеток организма, которые уже сейчас можно «запасать», извлекая их из пуповинной крови новорожденного «на будущее». Имеет ли это смысл, неизвестно – пока проверенных и широко используемых методов лечения с помощью стволовых клеток практически нет.