Ингибирование мишени рапамицина у млекопитающих индуцирует приостановку плюрипотентного состояния

Разработчики

Айдан Булут-Карслиоглу, Ху Джин, Джун С. Сонг, Мигель Рамальо-Сантос и др.

Описание технологии

Культивируемые плюрипотентные стволовые клетки − краеугольный камень регенеративной медицины, благодаря их способности давать начало всем типам клеток организма. Хотя плюрипотентные стволовые клетки могут неограниченно размножаться in vitro, плюрипотентность in vivo, как это ни парадоксально, представляет собой переходное состояние, продолжающееся 2−3 дня со времени имплантации бластоцисты. Исключением из этого правила является эмбриональная диапауза, обратимое состояние приостановленного развития, запускающееся в неблагоприятных условиях. Диапауза представляет собой физиологическую репродуктивную стратегию, широко использующуюся во всем царстве животных, в том числе у млекопитающих, однако его регуляция остается плохо изученной.

Авторы рассматриваемой технологии обнаружили, что частичное ингибирование мишени рапамицина у млекопитающих (mTOR), основного сенсора питательных веществ и промотора роста, вызывает обратимую приостановку развития бластоцист у мышей и позволяет осуществить их пролонгированную культуру ex vivo. 

Приостановленные в своем развитии бластоцисты остаются плюрипотентными и компетентными, то есть, способными образовать эмбриональные стволовые клетки и получить из них жизнеспособных, плодовитых мышей. При этом как бластоцисты, находящиеся в состоянии естественной диапаузы in vivo, так и приостановленные в развитии бластоцисты ex vivo демонстрируют резко выраженное снижение активности мишеней mTOR, трансляции, модификации гистонов, связанных с генной активностью, и транскрипции. Приостановка может быть вызвана непосредственно в культивируемых эмбриональных стволовых клетках и поддерживается в течение нескольких недель без заметной гибели клеток или отклонений от распределения фаз клеточного цикла. В эмбриональных стволовых клетках с приостановленным развитием практически полностью подавлена транскрипция, поддерживаются сигнатуры генной экспрессии, характерные для бластоцистов на стадии диапаузы, а сами клетки остаются плюрипотентными.

Таким образом, новый метод позволяет вызывать приостановку плюрипотентного состояния путем управляемого ингибирования мишени рапамицина у млекопитающих.

Практическое применение

Полученные результаты свидетельствуют о существовании нового состояния плюрипотентных стволовых клеток, соответствующего эпибласту бластоцист, находящихся в стадии диапаузы и указывают на то, что мишени рапамицина у млекопитающих регулируют временной режим развития на стадиях, соседствующих со стадией имплантации.

Новая технология может быть применима в области вспомогательной репродукции, регенеративной медицины, противоопухолевой терапии, изучения и лечения нарушений обмена веществ и старения.

Лаборатории

• Eli and Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research, Center for Reproductive Sciences and Diabetes Center, University of California, San Francisco (USA)
• Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois, Urbana (USA)
• Departments of Bioengineering and Physics, University of Illinois, Urbana (USA)
• The Centre for Phenogenomics (TCP), Toronto (Canada)

Ссылки

Публикации

• Bulut-Karslioglu, A. et al. «Inhibition of mTOR induces a paused pluripotent state." 540 Nature, (2016): 119–123.
• Behringer, R., Gertsenstein, M., Nagy, K. V. & Nagy, A. Manipulating the Mouse Embryo. (2013).