211service.com
Kožní buňky se změnily v mozkové buňky
Podle nového výzkumu mohou být kožní buňky zvané fibroblasty přeměněny na neurony rychle a efektivně pomocí několika genetických vylepšení. Překvapivě jednoduchá konverze, která nevyžaduje, aby se buňky vrátily do embryonálního stavu, naznačuje, že diferencované dospělé buňky jsou mnohem flexibilnější, než se dříve myslelo.
Buněčná transformace: Koktejl tří genů dokáže přeměnit kožní buňky na neurony (zde zobrazeno červeně).
Pokud je výzkum zveřejněn v časopise Příroda včera, lze opakovat v lidských buňkách, poskytlo by to jednodušší metodu pro generování náhradních neuronů od jednotlivých pacientů. Mozkové buňky získané z kožního štěpu by byly geneticky identické s pacientem, a proto by odstranily riziko imunitní rejekce – takový přístup by se jednou mohl použít k léčbě Parkinsonovy choroby nebo jiných neurodegenerativních onemocnění.
Je téměř děsivé vidět, jak flexibilní tyto buněčné osudy jsou, říká Marius Wernig , biolog z Institutu pro biologii kmenových buněk a regenerativní medicínu ve Stanfordu, který vedl výzkum. Potřebujete jen několik faktorů a během čtyř až pěti dnů uvidíte v těchto buňkách známky neuronálních vlastností.
Před třemi lety vědci otřásli polem kmenových buněk tím, že ukázali, jak vrátit dospělé buňky zpět do embryonálního stavu, a to pomocí pouhých čtyř genetických faktorů. Výzkum těchto buněk, známých jako indukované pluripotentní kmenové buňky (iPS buňky), od té doby explodoval po celém světě. IPS buňky lze diferencovat na jakýkoli buněčný typ a vykazují obrovský příslib pro screening léků a terapie náhrady tkání. Vědci se nyní snaží posunout tuto nově objevenou buněčnou flexibilitu dále přeměnou dospělých buněk přímo z jednoho typu na druhý.
V roce 2008, Doug Melton , Qiao Zhou a kolegové z Harvardské univerzity ukázali, že je možné přeměnit jeden typ pankreatických buněk na jiný, což je výkon, který by jednoho dne mohl pomoci lidem s cukrovkou. Nový výzkum demonstruje dramatičtější transformaci – přeměnu kožních buněk na neurony. To je obzvláště působivé, protože linie těchto dvou typů buněk se velmi brzy v embryonálním vývoji liší. (Předchozí výzkum naznačoval, že neurony by mohly být vyrobeny z buněk svalů a kostní dřeně, ale osud buněk na konci procesu byl temnější.)
K vytvoření silného molekulárního koktejlu začali vědci s 20 geny, o nichž je známo, že hrají roli v neurálním vývoji a nacházejí se pouze v mozku. Všechny vybrané geny byly transkripční faktory, které se vážou na DNA a regulují expresi dalších genů. Pomocí virů, které dodávají každý gen do kožních buněk rostoucích v misce, tým zjistil, že jeden gen má schopnost přeměnit kožní buňky na to, co vypadalo jako nezralé neurony. Po testování dalších genů v kombinaci s aktivním, vědci našli kombinaci tří genů, které by mohly účinně a rychle přeměnit kožní buňky na neurony.
Výsledné buňky vykazují všechny charakteristické znaky neuronů – exprimují neuronově specifické geny, mají charakteristický tvar větvení neuronů a mohou vytvářet elektricky aktivní spojení jak mezi sebou, tak s pravidelnými neurony odebranými z mozku. Mnoho lidí si myslelo, že by nebylo možné transformovat buňky tímto způsobem, říká Zhou. Skutečnost, že je můžete převést tak rychle a efektivně, je docela překvapivá.
Wernigův tým se nyní snaží replikovat tento jev v lidských buňkách. Pokud to dokážeme, otevře to dveře do celých neprobádaných oblastí, říká. Pak můžeme odvodit neurony z kožní buňky pacienta, což obchází komplikovaný proces iPS buněk. IPS buňky mohou být náročné na růst a proces trvá čtyři až šest týdnů, říká.
Zbývá zjistit, který přístup bude v různých situacích fungovat nejlépe. Jednou z výhod iPS buněk je, že mohou samy produkovat více, a lze je tedy pěstovat neomezeně dlouho a ve velkém množství, říká Sheng Ding , biolog ve Scripps Research Institute v La Jolla, CA, který se na současném výzkumu nepodílel.
Zatím také není přesně jasné, jak k pozoruhodné proměně odhalené v nejnovějším díle dojde. Geneticky identické buňky mohou mít velmi odlišné identity díky epigenetice, která odkazuje na různé mechanismy, které buňka má pro balení své DNA. Toto balení reguluje, které geny jsou snadno dostupné a aktivní v buňce, což zase určuje, zda se z ní stane kožní buňka, srdeční buňka nebo mozková buňka.
Obecně se vědci domnívají, že transkripční faktory používané v různých přeprogramovacích receptech mění toto balení DNA. Potřebujeme skutečné epigenetické a molekulární porozumění mechanismu, abychom mohli inteligentněji manipulovat se systémem, říká Zhou.
Mechanismy, které jsou základem přímého přeprogramování, se mohou ukázat jako složitější než při přeprogramování buněk iPS. Přeměna dospělých buněk do embryonálního stavu může jednoduše zahrnovat odstranění epigenetických markerů. Ale při přímém přeprogramování z jedné somatické buňky do druhé nemůžete náhodně odstranit epigenetické značky, říká Zhou. Některé musíte odebrat a některé přidat a mnohé ponechat nedotčené. Rozpoznat, které nechat být a které změnit, je klíčové.
Než bude možné tuto technologii otestovat pro lidské terapie, výzkumníci budou pravděpodobně muset najít kombinaci chemikálií, které mohou dosáhnout stejných výsledků jako geny použité ve studii, protože geneticky upravené buňky mohou skrývat určité riziko rakoviny (vědci toho již dosáhli pomocí iPS buňky). Výzkumníci budou také muset prokázat, že buňky mohou správně fungovat, když jsou transplantovány do mozku – Wernig to nyní plánuje otestovat na myších, které měly nemoc podobnou Parkinsonově chorobě.
Výzkum také pravděpodobně vyvolá určité přehodnocení buněčného osudu. Po dlouhou dobu byly epigenetické modifikace považovány za extrémně stabilní, říká Wernig. Před ovčími buňkami Dolly nebo iPS si lidé mysleli, že epigenetické modifikace jsou nevratné – když se jednou vytvořily během vývoje, nebyly měnitelné. To ale absolutně není pravda.