Повторно запрограммированные клетки известны как вызванные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs). Исследователи могут создать iPSCs из крови или клеток кожи пациента, и использовать эти определенные для пациента клетки, чтобы изучить болезни или даже создать новые ткани, которые могли быть пересажены назад в пациента как терапия.Первоначально, нобелевский лауреат и Следователь Гладстоуна старшего Яманака, Мэриленд, доктор философии, и Следователь Исследования Штата Тэкэхэши, доктор философии, определили четыре гена – сокращенный как O, S, K, и M – что клетки причины, чтобы преобразовать в iPSCs.
Гены O, S, и K, как было известно, помогли клеткам стать плюрипотентными, который позволяет им производить любой другой тип клетки в теле.Роль гена M (короткий для MYC), однако, была неясна. Они знали, что, добавляя MYC, могли повторно программировать клетки на 10 процентов более эффективно.
Но они не знали почему.Двенадцать лет спустя Яманака и Тэкэхэши наконец определили роль MYC в этом важном перепрограммном процессе, ответив на несколько непрекращающихся вопросов.
Их результаты изданы сегодня в научном журнале Cell Reports.Они обнаружили, что MYC помогает клеткам обойти значительный контрольно-пропускной пункт в процессе.
Они также нашли, что в некоторых случаях MYC не на самом деле необходим для взрослых клеток, чтобы успешно преобразовать в iPSCs.Сила трех открытий
К клеткам перепрограммы ученые, как правило, добавляют четыре гена (O, S, K, и MYC) к блюду, содержащему взрослые клетки. Это позволяет клеткам начинать умножаться, который является отличительной особенностью стволовых клеток. Но после трех дней, клетки внезапно сталкиваются с контрольно-пропускным пунктом и прекращают умножаться или распространяться. Затем в день семь, клетки начинают умножаться снова и становятся iPSCs.
Если исследователи не добавляют MYC к блюду, клетки проходят тот же самый процесс, но они никогда не преодолевают препятствие, таким образом, они не могут успешно преобразовать в iPSCs.«Мы поняли, что MYC, кажется, помогает клеткам обойти этот контрольно-пропускной пункт, и что это, должно оказаться, для взрослых клеток превращается в iPSCs, но мы все еще не вполне поняли, как MYC сделал это», объяснил Тэкэхэши. «Интересно, мы смогли понять его благодаря трем открытиям, которые произошли независимо в лаборатории, в то время как люди работали над разными вещами».Первое открытие помогло им найти, что ранний индикатор потенциала клетки заканчивает повторно программировать.
Это также позволило им легко определять, когда контрольно-пропускной пункт произойдет, обеспечивая ссылку бесценного времени для последующих результатов.Второе открытие произошло от отдельного проекта на белке под названием LIN41. Ученые нашли, что, если они заменили MYC LIN41 в коктейле генов, вовлеченных в перепрограммирование – значение, если они использовали O, S, K и LIN41 – они могли бы преобразовать взрослые клетки в iPSCs с той же самой эффективностью.
«Это было странно, потому что это означало, что, вопреки тому, чему мы верили, MYC не необходим для клеток для перепрограммы эффективно», сказал Тим Рэнд, Мэриленд, доктор философии, научный сотрудник из Gladstone и первый автор исследования. «Оказывается, что добавление, LIN41 в целом избегает начала контрольно-пропускного пункта, который препятствует тому, чтобы клетки преобразовали в iPSCs».Команда нашла, что, когда они используют комбинацию O, S, K, и LIN41, взрослые клетки не прекращают распространяться после третьего дня.
Вместо этого они продолжают умножаться, как будто ничего не произошло, и успешно закончите перепрограммный процесс. Это вызвано тем, что LIN41 блокирует другой белок, названный p21, который вызывает контрольно-пропускной пункт.Третье открытие, оказалось, было еще более удивительным.
Это показало, что в конкретной клеточной линии ни MYC, ни LIN41 не необходимы, чтобы увеличить перепрограммирование.Ученые прошли тот же самый процесс, используя полученные из опухоли клетки, которые непрерывно умножаются. Затем они удалили LIN41, и ничего не произошло.
Озадаченный, они пытались удалить MYC и, еще раз, ничто не изменилось.«Тот результат был очень шокирующим для меня», сказал Рэнд. «Учитывая все мы думали, что знали о MYC и LIN41 в то время, мы не могли постигать, как эти гены были так выгодны в перепрограммировании соматической клетки, но абсолютно бесполезны в перепрограммировании опухоли. В конечном счете, когда мы поняли, как это вписывается, это была такая полезная информация.
Это заставило нас понять, что определенные типы клетки могут случайно достигнуть роли MYC и LIN41 во время перепрограммирования – чтобы отключить p21 ответ. Если бы я мог бы возродиться в тот день снова, я удостоверился бы, что это было большое празднование».Рэнд и остальная часть команды поняли, что без p21, нет никакого контрольно-пропускного пункта, таким образом, LIN41 не необходим, чтобы избежать его. Они также показали, что MYC главным образом полезен, потому что он активирует LIN41.
Так, без p21 контрольно-пропускного пункта MYC не необходим также.Обеспечение ясности к сложному процессу
Посредством этих многократных открытий ученые Gladstone заметили, что перепрограммный процесс включает много генов и белков, важных для биологии рака. На самом деле они полагают, что контрольно-пропускной пункт, пытающийся препятствовать тому клетки умножиться, является тем же самым, который пытается препятствовать тому, чтобы рак распространился.«Когда биологи рака добавляют определенные факторы к клетке, которая должна вести его к раку, клетка паникует и, чтобы защитить себя, это прекращает умножаться», сказал Тэкэхэши. «Мы думаем, что то же самое происходит здесь, потому что клетки реагируют на перепрограммирование, как будто это был рак. Не то, чтобы они пытаются заблокировать клетки от преобразования в iPSCs, но они просто никогда не подвергались этому процессу прежде и не знают, как реагировать».
Новое исследование объясняет много важных действий, вовлеченных в клеточное перепрограммирование, и разоблачает определенные ведущие теории о роли MYC в этом процессе.«В течение долгого времени теперь вся область собирала данные по MYC, LIN41, и другим генам и белкам, не зная то, что означала большая часть из него», сказал Яманака, который является также директором Центра Исследования клеток IPS и Применения (CiRA) в Киотском университете и преподаватель в Сан-Франциско UC. «Наше исследование наконец позволяет нам ясно понимать все данные и вопросы об адресе о ролях и важности многих из этих элементов».
С более четкой картиной перепрограммного процесса в руке область регенеративной медицины может теперь положиться на эти результаты, чтобы ответить на следующий набор горящих вопросов.