Сегодня - 07.08.2020

Кем быть: сибирские ученые раскрывают потенциал плюрипотентных клеток

04 сентября 2014

Одной из наиболее ярких и горячих тем Всероссийского симпозиума «Новейшие методы клеточных технологий в медицине» является поистине волшебная вещь: не определившиеся, какую часть организма они в итоге составят, плюрипотентные стволовые клетки. Их изучают, модифицируют и ищут способы применения. Сотрудник лаборатории эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН кандидат биологических наук Сергей Петрович Медведев рассказал, как можно с помощью полученных линий моделировать различные заболевания человека — тяжелые и наследственные.

Сергей МедведевНемного о классификации

Сегодня плюрипотентные клетки — одни из наиболее активно исследуемых объектов биомедицины. Интерес к ним совершенно понятен. Дело в том, что они обладают рядом специфических и поистине выдающихся свойств: во-первых, самообновляемостью (то есть, способностью поддерживать недифференцированное состояние в культуре), а во вторых — возможностью превращения в любую из тканей тела взрослых людей или животных.

Самый, пожалуй, популярный на данный момент способ применения таких объектов — регенеративная медицина. Еще одно направление, о котором и шла речь в докладе Сергея Медведева — создание моделей заболеваний. «На сегодняшний момент существует два типа плюрипотентных клеток человека, использующихся в этом случае, — поясняет ученый. — Это эмбриональные и индуцированные стволовые клетки. В нашем контексте преимущество имеют последние, так как они могут быть получены в любой период жизни пациента».

В свою очередь, этот вид делится на два типа возможных линий. Пациент-специфичные, как следует из названия, в качестве своего «источника» подразумевают, собственно, пациента. Изогенные формируются в лаборатории с помощью специальных манипуляций. По словам Сергея Медведева, и те, и другие имеют свои преимущества и недостатки. «Достоинства первого варианта в том, что он воспроизводит фенотип заболевания, характерный для конкретного больного, и с точки зрения персонализированной медицины подобный подход оптимален, кроме того, такие клетки аутологичны, то есть, могут быть использованы как материал для заместительной терапии адресованной этому же человеку, — рассказывает биолог. — Однако не всегда возможно найти страдающего необходимым для исследования недугом, вдобавок, эти линии не воспроизводят разницу между индивидуумами, все их особенности касаются конкретной персоны. Конечно, перечисленные особенности сказываются на результатах работы». Проблемы, как говорит ученый, решаются использованием второго типа. Для получения изогенных клеточных панелей пациент совершенно не нужен, достаточно иметь в лаборатории исходные клетки условно здорового человека, чтобы затем, используя специальные методики, создавать те модификации, которые интересуют исследователей.

Инструментальный набор

Методы, с чьей помощью можно строить изогенные клеточные линии, были созданы сравнительно недавно. «Это наука сегодняшнего дня, — подчеркивает Сергей Медведев. — В 2009-м в мире реализовали способ под названием TALENs, а система CRISPR /Cas9 получила свое развитие буквально в прошлом году».

TALENs представляет собой белки, которые состоят из двух основных элементов: ДНК-связывающего и нуклеазного доменов. Первый может быть создан с помощью определенных генно-инженерных способов и метода молекулярного клонирования под необходимую ученым последовательность. «Существует специальный код, благодаря ему можно делать такие вещи, состоящие из отдельных мономеров. Это полностью развязывает руки исследователю: теперь у нас есть возможность формировать необходимые «режущие» белки», — рассказывает Сергей Медведев. Работают они всегда в паре, то есть, нужно создать две структуры, ориентирующиеся в обстановке и вносящие двухцепочный разрыв.

CRISPR /Cas9 также состоит из двух элементов — некодирующей РНК и нуклеазы Cas9. «Вы создаете первую под ту последовательность, которая является интересной, просто помещая туда набор из двадцати нуклеотидов. Он путем простой комплиментарности опознает конкретные участки генома, куда затем нужно поместить тот же самый разрыв», — комментирует ученый.

Зачем же исследователям нужно резать ДНК? Дело в том, что при подобном повреждении клетка начинает его исправлять — репарировать. Одним из механизмов «починки» является негомологичное сшивание концов. В результате формируются небольшие секции нуклеотидов: таким образом можно выключать гены, разрезая те их места, которые отвечают за функциональность. Причем, подавление работы идет полное, в отличие от метода РНК-интерференции. Кроме того, разрывы могут затягиваться за счет гомологичной рекомбинации — и если добавить в клетку некие донорные молекулы, то она сможет использовать это в своих целях. То есть, вы помещаете в такую частицу интересующую вас последовательность (например, точечную мутацию), и за счет естественных механизмов идет «вшивание» ее в геном.

Ближе к практике

Один из проектов, ведущихся силами трех организаций (ИЦИГ СО РАН, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения имени академика Е. Н.  Мешалкина) с использованием перечисленных инструментов, направлен на создание  клеточной модели бокового амиотрофического склероза. Это одна из болезней моторных нейронов, которая заключается в их избирательной гибели.

«Существует несколько типов такого недуга, в частности, наследственные формы, вызванные мутацией в отдельных генах, — объясняет Сергей Медведев. — Наша задача заключается в том, чтобы создать панель изогенных линий на основе эмбриональных стволовых клеток путем внесения точечных изменений в геном. Мы выбрали целый список из 11 вариантов, которые отражают различное поведение определенного белка именно на молекулярном уровне».

Зачем же так много? Дело в том, что в случае нейродегенеративных болезней существует такая проблема: фенотипически картина выглядит одинаково, но если взглянуть на нее более пристально, то ситуации могут оказаться совершенно разными. «Соответственно, не зная самых микроскопических механизмов, вы будете не в состоянии подобрать или создать лекарство, поскольку не видите, на какую мишень его ориентировать. Наша цель — создать модели, способные быть использованными для подробных исследований, поиска и тестирования медикаментозной терапии. Клетки, работы по получению которых сейчас ведутся, мы планируем дифференцировать в моторные нейроны и применять последние для масштабных скринингов лечебных соединений», — говорит Сергей Медведев.

PET-сканирование мозга при болезни АльцгеймераВторой проект связан с недугами, вызванными удлинением треков триплетных нуклеотидных повторов в определенных местах генов (самый яркий пример, что называется, «на слуху» — хорея Хангтинтона). Идеей работы, по словам ученого, является создание панели клеточных линий, которые содержат разную протяженность упомянутых выше структур, путем внесения последних в геном. Таким образом, можно увидеть все возможные варианты.

Наконец, третье направление поможет разобраться с болезнью Альцгеймера: она становится всё более распространенной, особенно в тех странах, где велика продолжительность жизни. «Сейчас пересматривается парадигма того, что является первопричиной, — комментирует Сергей Медведев. — Долгое время считалось: все дело в накоплении бета-амилоида (пептида, при добавлении двух ферментов приобретающего негативное влияние на организм), но на сегодняшний момент это мнение меняется, так как нашли доказательство — изначально проблема заключается в хроническом воспалении в головном мозге. Так вот, чтобы осуществлять поиск и проверку гипотез, не тратить излишние финансы на поиск лекарств от тех явлений, которых и вовсе может не существовать, мы также создаем наши модели». Ученые намерены сформировать панель из трех мутаций, выражающих соотношение и поведение форм бета-амилоида — это даст то же самое, что и в двух других проектах: варианты соотношения пептида и различные молекулярные механизмы одной болезни. «Мы считаем, что таким образом можно более четко формулировать предположения, отвечать на вопрос, какова мишень для терапии, а затем использовать эти системы для тестирования потенциальных фармсредств и токсикологических исследований уже существующих лекарств», — повторяет Сергей Медведев.

Однако если говорить о стратегической цели консорциума ученых, то она заключается в создании глобального биобанка клеточных моделей заболеваний человека. Он может формироваться разными способами; содержимое должно храниться, быть тщательно охарактеризованым, и, конечно, открытым для использования. «Чтобы эффективно его формировать, нам нужно взаимодействовать с медицинскими институтами и учреждениями. Без нашего общего сотрудничества никакого банка сделать будет нельзя», — подчеркивает исследователь.

Екатерина Пустолякова

Фото: 1 — Д.Хомяковой, 2 — Ю.Поздняковой, 3 — ru.wikipedia.org, public domain
 

Голосов еще нет
Поделись с друзьями: 

Система Orphus