Техніка програмування клітин, розроблена в Інституті Вейцмана, перетворює клітини на ранні попередники сперми та яйцеклітини.

повернути

Групи в Інституті науки Вайцмана та Кембриджі здійснили подвиг, повернувши біологічний годинник людських клітин назад, щоб створити первинні статеві клітини в лабораторії.

Тобто ембріональні клітини, що дають початок спермі і яйцеклітинам.

Це перший раз, коли клітини людини запрограмовані і їм вдалося досягти цієї ранньої стадії свого розвитку.

Результати цього дослідження, опублікованого в Cell, можуть допомогти знайти причини проблем із фертильністю, зрозуміти ранні етапи ембріонального розвитку та потенційно, в майбутньому, дозволити розробку нових типів технологій, пов’язаних з фертильністю.

"Кілька дослідників роками намагалися створити первинні статеві клітини (PGC) в чашках Петрі", - говорить д-р Джейкоб Ханна з відділу молекулярної генетики Інституту, який керував дослідженням спільно зі студентом-дослідником. Ліхі Вайнбергер.

PGC виникають протягом перших тижнів ембріонального розвитку, коли ембріональні стовбурові клітини в заплідненій яйцеклітині починають диференціюватися на найосновніші типи клітин.

Як тільки ці первинні клітини "спеціалізуються", вони продовжують розвиватися на "автоматичному пілоті", поки вони не стануть попередниками сперми або яйцеклітин, говорить Ханна.

Ідея створення цих клітин у лабораторії виникла в 2006 році з винаходом індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (iPS) - дорослих клітин, які «перепрограмовані», щоб виглядати та діяти як ембріональні стовбурові клітини, які можуть диференціюватися в будь-якому типі клітин.

Тому кілька років тому, коли дослідники в Японії створили клітини мишей iPS, а потім їм вдалося зробити їх диференційованими на PGC, інші вчені відразу ж спробували отримати ті самі результати в клітинах людини. Однак до цього часу нікому це не вдалося.

Раніше робота в лабораторії Ганни пропонувала нові методи, які могли б привести людські клітини до свого стану PGC.

Це дослідження було зосереджене на розумінні відмінностей між клітинами iPS людини та ембріональними клітинами миші: легко утримувати ембріональні клітини мишей у „материнському” стані в лабораторії, тоді як людські клітини iPS, які були перепрограмовані - за допомогою техніки, яка передбачає вставку з чотирьох генів - вони мають сильну тенденцію до диференціації і часто зберігають сліди "початку диференціації".

Потім Ханна та її група розробили метод придушення генетичного шляху диференціації, створивши тим самим новий тип клітин iPS, який вони назвали "наївними клітинами".

Ці клітини, як видається, омолоджують клітини iPS на один крок далі, наближаючи їх до початкового ембріонального стану, з якого вони насправді можуть диференціюватися в клітини будь-якого типу. Оскільки ці "наївні клітини" більше схожі на своїх аналогів-мишей, Ганна та її група вважали, що їх можна "переконати" диференціювати на споконвічні статеві клітини.

Працюючи з «наївними» ембріональними стовбуровими клітинами та клітинами iPS, та застосовуючи методи, які були успішними в експериментах на клітинах миші, дослідницькій групі вдалося створити клітини, які в обох випадках виявилися ідентичними людським PGC.

Спільно з лабораторною групою професора Азіма Сурані з Кембриджського університету вчені протестували та вдосконалили метод спільно в обох лабораторіях.

Додавши червоний флуоресцентний маркер до генів PGC, вони змогли оцінити, скільки клітин запрограмовано.

Їх результати показали, що відносно високий відсоток - до 40% - стали PGC.

Ця сума полегшує аналіз.

Ханна зазначає, що PGC - це лише перший крок у створенні людської сперми та яйцеклітин.

Є ще перешкоди, які необхідно подолати, перш ніж лабораторії зможуть завершити ланцюг подій, які ведуть дорослу клітину через цикл зародкових стовбурових клітин до сперми або яйцеклітин.

У певний момент процесу ці клітини повинні навчитися виконувати акуратний трюк, розділяючи свою ДНК навпіл, перш ніж вони зможуть стати життєздатними репродуктивними клітинами.

Однак Ганна впевнена, що цих перешкод колись вдасться подолати, збільшивши можливість, наприклад, дозволити жінкам, які проходили лікування хіміотерапією або страждають на передчасну менопаузу, зачати дітей.

Тим часом з цього дослідження вже отримано кілька цікавих результатів, які можуть мати значні наслідки для майбутніх досліджень PGC та, можливо, інших ранніх ембріональних клітин.

Команді вдалося простежити частину ланцюга генетичних подій, яка спрямовує стовбурову клітину на диференціювання у споконвічну статеву клітину, і таким чином виявити головний ген, Sox17, який регулює процес у людини, але не у мишей.

Оскільки ця генетична мережа відрізняється від того, що було ідентифіковано на мишах, дослідники підозрюють, що вчені, які вивчають процес у людей, можуть чекати деяких сюрпризів.

«Наявність здатності створювати людські PGC в чашках Петрі дозволить нам дослідити процес диференціації на молекулярному рівні.

Наприклад, ми виявили, що PGC можуть стати лише «свіжі» «наївні» клітини; але через тиждень у звичайних умовах вирощування вони знову втрачають цю здатність.

Ми хочемо знати причину цього. Що робить стовбурові клітини людини більш-менш компетентними? І що саме рухає процесом диференціації після того, як клітинку перепрограмували до найбільш «наївного» стану?

Саме відповіді на ці основні питання, нарешті, дозволять технології клітинних процесорів iPS просунутися до такої міри, що її можна використовувати в медичних процедурах ".