Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили белок, влияющий на способность стволовых клеток крови человека к самообновлению. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа сообщает, что активация этого белка в лабораторных условиях заставила стволовые клетки крови самообновляться.
Деление стволовых клеток крови вне человеческого организма поможет значительно улучшить возможности лечения онкологических болезней крови – лейкозов, а также многих наследственных заболеваний крови.
Доктор Ханна Миккола, руководитель исследования, изучала стволовые клетки крови более 20 лет. За эти годы ей удалось многое узнать о биологии клеток, но осталась нерешенной одна важная проблема: заставить стволовые клетки самообновляться в условиях лаборатории. Преодоление этого препятствия может продвинуть науку вперед.
Стволовые клетки крови (гемопоэтические стволовые клетки, гемоцитобласты) содержатся в красном костном мозге, где они самообновляются и дифференцируются, создавая все типы клеток крови.
В течение десятилетий для лечения людей с некоторыми заболеваниями крови или иммунной системы выполняется трансплантация костного мозга. Однако данная операция имеет существенные ограничения: поиск совместимого донора костного мозга не всегда приносит результат, иммунная система пациента может отторгать чужеродные клетки, а количество трансплантированных стволовых клеток может быть недостаточным для успешного лечения заболевания.
Когда стволовые клетки крови извлекаются из костного мозга и помещаются в культуральную среду, они быстро теряют способность к самообновлению и либо умирают, либо дифференцируются в зрелые клетки крови. Создание условий для самообновления стволовых клеток крови в контролируемых лабораторных условиях открыло бы множество новых возможностей для лечения целого ряда заболеваний крови, в том числе для более безопасной генной инженерии собственных стволовых клеток крови пациентов. Это также сделает возможным производство стволовых клеток крови из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Исследователи проанализировали гены, которые выключаются, когда стволовые клетки крови человека теряют способность к самообновлению, и гены, которые выключаются, когда стволовые клетки крови дифференцируются в зрелые клетки крови. Затем они поместили стволовые клетки крови в питательный раствор и наблюдали, какие гены выключились. Из плюрипотентных стволовых клеток они получили клетки, у которых подобно стволовым клеткам крови отсутствовала способность к самообновлению, и наблюдали, какие гены не активировались.
Они обнаружили, что экспрессия гена MLLT3 тесно связана с потенциалом стволовых клеток крови к самообновлению и что белок, кодируемый им, обеспечивает стволовые клетки крови инструкциями, необходимыми для поддержания способности к самообновлению. Белок MLLT3 контактирует с регуляторными белками, чтобы важные этапы механизма обновления стволовых клеток крови работали, когда клетки делятся.
Исследователи проверили, будет ли достаточным поддержание уровня белка MLLT3 в стволовых клетках крови in vitro для улучшения их способности к самообновлению. Используя вирусный вектор – модифицированный вирус, который может нести генетическую информацию в ядро клетки, не вызывая заболевания, – команда вставила активный ген MLLT3 в стволовые клетки крови и обнаружила, что функциональные стволовые клетки крови могут размножаться in vitro, увеличив количество клеток по меньшей мере в двенадцать раз.
Для лечения одного пациента это достаточное число клеток. Но также важно, чтобы эти клетки продолжали функционировать после трансплантации.
Недавние исследования выявили малые молекулы, которые помогают стволовым клеткам крови человека делиться в лаборатории. Группа Микколы использовала их, и было замечено, что самообновление стволовых клеток крови в целом улучшилось, но клетки не могли поддерживать надлежащий уровень MLLT3, и они не функционировали после трансплантации мышам.
Комбинированный метод, который сочетает воздействие на стволовые клетки крови обнаруженных молекул и доставку активного гена MLLT3, создает стволовые клетки крови, которые хорошо интегрируются в костный мозг мышей и эффективно продуцируют все типы клеток крови.
Важно отметить, что MLLT3 заставляет стволовые клетки крови самообновляться с безопасной скоростью, то есть они не приобретали каких-либо опасных характеристик и мутаций, которые могли бы привести к лейкемии.
Дальнейшая работа будет посвящена определению белков и фрагментов ДНК стволовых клеток крови, влияющих на ген MLLT3, а также поиску способов управления данным процессом в лабораторных условиях. Обладая такой информацией, исследователи могут найти способы включения и выключения MLLT3 без использования вирусного вектора – это было бы более безопасно для использования в клинических условиях.
Статья V.Calvanese et al. MLLT3 governs human haematopoietic stem-cell self-renewal and engraftment опубликована в журнале Nature.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UCLA: Researchers identify protein that governs human blood stem cell self-renewal.
