Ученые Гарвардского института стволовых клеток (Harvard Stem Cell Institute) перепрограммировали зрелые клетки крови мышей в кроветворные гемопоэтические стволовые клетки (ГСК), использовав для этого коктейль из восьми факторов транскрипции. Перепрограммированные клетки, которые исследователи назвали индуцированными гемопоэтическими стволовыми клетками (induced hematopoietic stem cells, или сокращенно iHSCs), демонстрируют функциональные характеристики гемопоэтических стволовых клеток и, как и ГСК, способны к самообновлению и дифференциации во все клеточные компоненты крови.

Это достижение – значимая веха в развитии одной из самых востребованных областей регенеративной медицины – получении пригодных для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток из других типов клеток, в частности, из более зрелых, или дифференцированных.

Гемопоэтические стволовые клетки – основной исходный материал для трансплантации, независимо от их источника (которым может быть костный мозг, пуповинная или периферическая кровь). Успех трансплантации связан с доступным количеством ГСК: чем больше клеток, тем больше вероятность приживления трансплантата. Однако гемопоэтические стволовые клетки – большая редкость.

«В костном мозге гемопоэтической стволовой является только каждая двадцатитысячная клетка», – объясняет руководитель исследования Деррик Росси (Derrick Rossi), PhD. «Если бы мы научились получать аутологичные ГСК из других клеток пациента, это в корне изменило бы трансплантационную медицину и наши возможности моделировать заболевания развития крови».

Доктор Росси и его сотрудники провели скрининг экспрессии генов 40 различных типов мышиных клеток крови и предшественников этих клеток. На основе данного скрининга они идентифицировали 36 факторов транскрипции – генов, контролирующих включение и выключение других генов, – экспрессирующихся исключительно в ГСК.

Деррик Росси (Derrick Rossi), PhD.
(Фото: daley.med.harvard.edu)

«Линия развитие клеток крови неизменно идет в одном направлении: от стволовых клеток к предшественникам, а от них – к зрелым эффекторным клеткам», – продолжает доктор Росси. «Мы хотели обратить этот процесс вспять и получить гемопоэтические стволовые клетки из дифференцированных клеток крови с помощью установленных нами специфичных для ГСК транскрипционных факторов».

В серии экспериментов на мышах доктор Росси и его коллеги установили, что для надежного перепрограммирования в индуцированные гемопоэтические стволовые клетки двух видов клеток-предшественников (прогениторов В-клеток и миелоидных клеток-предшественников) достаточно шести (Hlf, Runx1t1, Pbx1, Lmo2, Zfp37 and Prdm5) из 36 выявленных в ходе скрининга факторов. (Как выяснилось позднее, для этого необходимы еще два фактора, первоначально не идентифицированные в скрининге, – Mycn и Meis1).

Росси и его коллеги перепрограммировали свои исходные клетки с помощью вирусов, содержащих гены всех восьми необходимых факторов и молекулярного выключателя, включающего эти гены в присутствии доксициклина. Затем они пересадили клетки мышам-реципиентам и активировали гены, давая мышам доксициклин.

Трансплантированные мышам индуцированные гемопоэтические стволовые клетки оказались способны создать весь спектр клеток крови, подтвердив свою способность дифференцироваться в клетки всех линий. Стволовые клетки, полученные от этих реципиентов, восстановили кровь вторичных реципиентов, доказав, что коктейль из восьми факторов может привить клеткам способность к самообновлению – отличительному свойству ГСК.

В дальнейших экспериментах ученые обработали зрелые миелоидные клетки мышей тем же восемифакторным коктейлем. После трансплантации мышам из них снова были получены iHSCs, генерирующие клетки всех линий крови и способные восстанавливать кровь вторичных реципиентов.

Соавтор статьи Стюарт Оркин (Stuart Orkin), MD, один из ведущих специалистов Центра рака и болезней крови (Cancer and Blood Disorders Center) Института Дана-Фарбера и Бостонской детской больницы, отмечает, что использование мышей в качестве своего рода реактора для перепрограммирования знаменует собой новое направление в исследовании гемопоэтических стволовых клеток. По его мнению, «…перепрограммируя клетки в организме мышей, Росси использует преимущества естественного сигналинга и информационного воздействия окружающей среды, которому ГСК подвергаются в норме».

На уровне транскрипции, добавляет доктор Оркин, индуцированные гемопоэтические стволовые клетки почти неотличимы от обычных ГСК. «Паттерн экспрессии генов iHSCs удивительно похож на таковой ГСК».

Полученные результаты далеки от перевода в клиническую практику. Пока остаются без ответов вопросы о точном вкладе в процесс перепрограммирования каждого из восьми факторов и о том, будут ли насколько же эффективны подходы, не основанные на вирусах и транскрипционных факторах. Неизвестно пока и то, можно ли достичь таких же результатов на человеческих клетках и можно ли перепрограммировать в iHSCs другие, не относящиеся в крови, клетки.

Но, получив эти результаты, группа Росси уже добилась успеха там, где другие потерпели неудачу. И iHSCs в их нынешнем состоянии представляют собой перспективный плацдарм для более глубокого изучения биологии и развития гемопоэтических стволовых клеток.

Оригинальная статья:

Reprogramming Committed Murine Blood Cells to Induced Hematopoietic Stem Cells with Defined Factors