Впервые один тип взрослой клетки превращён в другой. «Прямое перепрограммирование» провела команда учёных под руководством Дуга Мелтона (Doug Melton) и Цяо Джо Чжоу (Qiao «Joe» Zhou) из Гарвардского института стволовой клетки (Harvard Stem Cell Institute).

Поджелудочная железа взрослой
мыши в флуоресцентном изображении

Экзокринные клетки, получившие факторы транскрипции, показаны зелёным. Красные пятна – инсулин. Синие полосы – кровеносные сосуды, которые подходят близко к новым, производящим инсулин β-клеткам (фото Joe Zhou/Melton Lab)

Мелтон и его коллеги нашли способ превращения прямо в теле животного (в данном опыте — мыши) экзокринных клеток, составляющих приблизительно 95% поджелудочной железы, в драгоценные и редкие производящие инсулин β-клетки.

Ранее большие надежды учёные связывали со стволовыми клетками, которые можно дифференцировать практически во что угодно. Однако получение стволовых клеток — отдельный большой вопрос (тут возможны интересные варианты). Также исследователи пробовали превращать обычные клетки ткани обратно в стволовые, чтобы потом вновь дифференцировать их в какие-нибудь другие.

Но Мелтон и Чжоу пошли совсем другим путём (как они говорят, не отвергающим другие, но дополняющим их). Они решили, что нужно научиться превращать один вид клеток в другой напрямую. А для этого биологам пришлось детально разобраться со всей цепочкой превращений, которые претерпевает стволовая клетка в процессе дифференцирования, к примеру, в ту же β-клетку.

Выяснилось, что в ней присутствует 1100 факторов транскрипции. Изучив их, экспериментаторы поняли, что только 200 задействованы в тех клетках, что формируют поджелудочную железу, и лишь 28 работают ключевом участке данного органа.

Дальнейшие исследования сократили число необходимых белков до девяти. Здесь в некоторой мере помог и случай. Учёные ввели их в поджелудочную железу и с удивлением обнаружили, что она действительно стала работать эффективнее. Если бы этого не случилось, авторам работы пришлось бы ещё долго перебирать возможные комбинации белков.

Затем экспериментаторы удаляли факторы по одному, пока не установили, что для превращения клетки обычной в β-клетку достаточно всего трёх белков (Ngn3, Pdx1 и Mafa). Остальные шесть были не так важны.

Эти факторы транскрипции были доставлены в целевые клетки при помощи вирусов. Тут надо отметить, что команда также ищет химикаты, которые могли бы проделать ту же работу.

Поясним: β-клетки составляют 1% поджелудочной железы, и они ценны тем, что вырабатывают инсулин. Именно эти клетки отмирают при диабете I типа. Так что потенциально данное открытие гарвардских биологов может привести к новому методу лечения диабета. А также к исключению необходимости для больного в контроле за уровнем сахара в крови, в приёме лекарств и введении инсулина. В целом же новый подход сулит интересные перспективы для регенеративной медицины.

Детали эксперимента изложены в статье учёных в журнале Nature.