Genetic induction of somatic cell nucleus reprogramming by established factors
- Authors: Bersenev A.V.
- Issue: Vol 1, No 4 (2006)
- Pages: 20-22
- Section: News of cellular technologies Cell biology
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/138619
- ID: 138619
Cite item
Full Text
Full Text
Феномен репрограммирования ядра взрослой соматической клетки интенсивно изучается в последнее время в связи с возможными перспективами получения «пациент-специфичных» плюрипотентных клеток, подобных эмбриональным стволовым [ЭСК). При реализации этого феномена, под влиянием неизвестных факторов в ядре соматической клетки происходит активация генов раннего эмбриогенеза и ингибирование генов, ответственных за дифференцировку и специализацию. При полном репрограммировании «стирается» как специализированная генетическая, так и эпигенетическая информация, и клетка приобретает свойство плюрипотентности.
Полное репрограммирование соматической клетки происходит при переносе ядра в энуклеированную неоплодотворённую яйцеклетку [технология клонирования) [1] и при слиянии взрослой специализированной клетки с ЭСК [2, 3]. Эти эксперименты доказали возможность полного репрограммирования ядра терминально дифференцированной клетки. Остаются неизученными механизмы и факторы, обусловливающие реализацию этого биологического феномена. Лаборатория Austin Smith показала, что одним из ключевых факторов репрограммирования ядра взрослой клетки может быть ген Nanog [4]. Недавно исследовательская группа Shinya Yamanaka из Kyoto University описала новый экспериментальный подход к репрограммированию ядра соматической клетки и изучению факторов, обусловливающих этот феномен. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.
Авторы предположили, что искусственно индуцированная избыточная экспрессия «генов плюрипотентности», описанных как факторы поддержания «стволовости» в ЭСК, может стимулировать процесс репрограммирования взрослой клетки до эмбриональной. Для проверки гипотезы авторы проводили трансфекцию изолированными генами-кандидатами 2 типов клеток эмбриональных и взрослых фибробластов мыши. Всего было выбрано 24 гена-кандидата, среди них гены самообновления, а также гены активные в опухолевых клетках и ЭСК, описанных в некоторых работах и из библиотеки in silico [Оct3/4, Sox2, Nanog, C-myc и др.).
Одновременное введение всех 24 генов приводило к активации промотера, активного только в ЭСК [Fbx15) и появлению антибиотик-селективных колоний. Введение каждого гена по отдельности не приводило к росту ЭСК-подобных колоний. Последовательными экспериментами авторы «сузили» окно искомых генов сначала до 10 [iPS-MEF10 клетки), а потом до 4 [iPS-MEF4) Оct3/4, Sox2, c-Myc и Klf4.
Общая схема подходов к изучению феномена репрограммирования ядра соматической клетки: А эксперимент Shinуa Yamanaka; Б перенос ядра [1], слияние [2, 3] и генетическая индукция Заимствовано с модификацией [В]
Все эти факторы описаны и известны как определяющие и поддерживающие самообновление и «стволовость» ЭСК [57]. IPS-MEF4 клетки, полученные из эмбриональных фибробластов, обладали типичными свойствами ЭСК имели подобную морфологию и рост в культуре с формированием эмбриоидных телец, образовывали тератомы в классическом in vivo тесте, были способны к мульти-дифференцировке. Другим важным доказательством эффективности метода репрограммирования стал эксперимент по получению ЭСКподобных колоний из взрослых фибробластов индукцией 4 вышеуказанных генов [iPS-TTF4) и демонстрация их плюрипотентности формированием тератом in vivo, а также химеризация эмбриона при их инъекции в бластоцисту.
Интересно, что эффективность формирования ЭСК-подобных колоний не зависела от введения гена Nanog первого и значительного [по мнению группы Austin Smith) фактора-кандидата, обусловливающего феномен репрограммирования [4]. В комментарии к статье Kevin Eggan и Kit Rodolfa из Harvard Stem Cell Institute указывают, что полученные клетки нельзя назвать абсолютно идентичными ЭСК, а репрограммирование полным. На это указывают факты отсутствия постнатальной химеризации животных после инъекции в бластоцисту, увеличение разницы в карте генной экспрессии на микрочипах при пассировании клонов по сравнению с контрольными ЭСК [например, отсутствие экспрессии Ecat1), различный уровень метилирования Оct3/4-промотера, говорящий о неполном эпигенетическом репрограммировании. Поэтому, по сравнению с другими методами, уровень репрограммирования фибробластов в работе остаётся неполным, и, возможно, iPS клетки более похожи на клетки эмбриональной карциномы [ECC), но не идентичны ЭСК [8].
Тем не менее, эксперименты Yamanaka чётко указывают на перспективность такого методического подхода для тестирования возможных факторов репрограммирования в эксперименте. Авторы впервые показали, что метод применим для индукции репрограммирования взрослой дифференцированной соматической клетки [на примере взрослого фибробласта мыши) и выявили 4 новых фактора, обусловливающих этот феномен. Остаётся неизвестным значение в репрограммировании каждого фактора в отдельности, их ансамбль и взаимодействие. Приведёт ли к полному репрограммированию взрослой терминально дифференцированной клетки добавление ещё одного-двух каких-либо факторов и каких? Будет ли этот метод работать на других типах соматических клеток и у человека? Ответы на эти вопросы позволят понять биологические механизмы феномена репрограммирования и значительно продвинуть клинические перспективы метода создания пациент-специфичных плюрипотентных клеток в регенеративной медицине.
About the authors
A. V. Bersenev
Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation
References
- Wilmut I., Schnieke A.E., McWhir J. et al. Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature 1997; 385(6619): 810-3.
- Tada M., Takahama Y., Abe K. et al. Nuclear reprogramming of somatic cells by in vitro hybridization with ES cells. Curr. Biol. 2001; 11: 1553Œ8.
- Cowan C.A., Atienza J., Melton D.A., Eggan K. Nuclear reprogramming of somatic cells after fusion with human embryonic stem cells. Science 2005; 309: 1369-73.
- Silva J., Chambers I., Pollard S., Smith A. Nanog promotes transfer of pluripotency after cell fusion. Nature 2006; 441(7096): 997-1000.
- Boyer L.A., Lee T.I., Cole M.F. et al. Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. Cell 2005; 122(6): 947-56.
- Cartwright P., McLean C., Sheppard A. et al. LIF/STAT3 controls ES cell self-renewal and pluripotency by a Myc-dependent mechanism. Dev. 2005; 132(5): 885-96.
- Li Y., McClintick J., Zhong L. et al. Murine embryonic stem cell differentiation is promoted by SOCS-3 and inhibited by the zinc finger transcription factor Klf4. Blood 2005; 105(2): 635-7.
- Rodolfa K.T., Eggan K. A transcriptional logic for nuclear reprogramming. Cell 2006; 126(4): 652-5.
Supplementary files
