Книга: Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века

Репрограммирование клетки

Репрограммирование клетки

Мы уже обсуждали в начале главы 3 замечательную особенность многоклеточного организма: каждая клетка несет полную информацию обо всем организме, полный геном. В этой особенности заложена возможность клонирования: переноса генома (в виде целого клеточного ядра) из специализированной (дифференцированной, как говорят биологи) клетки в зиготу (оплодотворенную яйцеклетку, предварительно разрушив или удалив собственное ядро), из которой вырастает взрослый организм по программе привнесенного генома. Такое клонирование уже проделано со множеством разных видов животных. В самые последние годы в этой области возникло новое направление, сулящее совсем уж замечательные перспективы.

«А нельзя ли, – спросили себя исследователи, – изменить программу без переноса генома из клетки в клетку? Нельзя ли репрограммировать клетку, заставить геном дифференцированной клетки плясать совершенно другой танец?» Для этого надо было разобраться, что же определяет то, какой танец пляшет дифференцированная клетка: ведь геном во всех клетках один и тот же.

Разумеется, на ранних стадиях развития зародыша все клетки одинаковые, такие же, как исходная зигота, из которой они получились простым делением. Такие, еще не дифференцированные клетки называются стволовыми. Огромный интерес к ним связан с тем, что, оказавшись в том или ином окружении, одинаковые стволовые клетки могут начать плясать разные танцы, т. е. превратиться в разные дифференцированные клетки. С помощью стволовых клеток можно делать клеточную терапию, т. е. регенерировать поврежденную ткань.

Как же происходит превращение исходно идентичных стволовых клеток в разные специализированные клетки? Мы еще не знаем полного ответа на этот вопрос, но ясно, что ключевую роль играют специальные регуляторные белки, называемые транскрипционными факторами. Данный транскрипционный фактор (ТФ) узнает определенную последовательность нуклеотидов на межгенном участке ДНК, связывается с этим участком одной своей частью, а другой частью касается РНК-полимеразы, которая воспринимает это касание как сигнал начать считывания мРНК (т. е. начать транскрипцию, см. главу 2) с гена, около начала которого ТФ связался с ДНК. Разумеется, существует множество разных ТФ.

Итак, связывание одного из ТФ с определенным участком ДНК включает соответствующий ген, в результате чего в клетке синтезируется новый белок. А то, какие гены включены, а какие выключены, и определяет различие между разными клетками, несмотря на идентичность их геномов. Получается, что репертуар присутствующих в клетке ТФ и определяет то, что эта клетка собой представляет.

В многоклеточном организме этот репертуар как-то зависит от внешних условий, в которых оказалась данная клетка, и эта зависимость очень сложная. Но что будет, если этот репертуар искусственно нарушить? Что, если вырвать клетку из ее нормального окружения и попробовать изменить репертуар ТФ в ней? Вдруг удастся поменять клеточную программу, т. е. репрограммировать клетку так, что из клетки кожи она превратится, скажем, в клетку печени? Или еще интереснее: она превратится в стволовую клетку, и тогда ее можно будет использовать в клеточной терапии!

В 2006 году двое японских исследователей из Киотского университета – Синъя Яманака и Казутоши Такахаши провели следующие опыты. Путем впрыскивания в клетку специально приготовленной ДНК обезвреженного вируса они стали вводить в мышиные фибробласты (клетки соединительной ткани) гены разных ТФ. Используя стандартные методы генной инженерии, японские ученые так приготовили вирусную ДНК, что, когда она оказывалась в клетке, вставленные в нее гены ТФ активно включались, в результате чего в клетке появлялось значительное количество введенных извне ТФ. Яманака и Такахаши перепробовали множество комбинаций разных ТФ – ничего путного не получалось. И вот, можно себе представить, какова же была радость исследователей, когда после введения в клетку «коктейля» из четырех определенных ТФ на их глазах фибробласты переродились в стволовые клетки!

Работа японских ученых вызвала громадный интерес как со стороны исследователей и врачей, так и со стороны широкой публики. Были успешно проведены опыты по репрограммированию фибробластов человека в стволовые клетки. Тем самым открыт путь к наработке стволовых клеток, специфических для данного пациента с целью их использования в клеточной терапии. В 2012 году за свои работы по репрограммированию клеток из дифференцированных в стволовые Синъя Яманака был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине. Он разделил премию с Джоном Гёрдоном, о чьих пионерских работах по клонированию было рассказано в начале главы 3.

Стремительность, с которой происходит развитие исследований в области стволовых клеток и клеточного репрограммирования после сделанного японскими исследователями прорыва, просто поражает. Если так пойдет дело и дальше, то, может быть, не придется долго ждать появления совершенно новых методов борьбы с самыми разными болезнями, основанных на клеточной терапии.