Раскрыт секрет клеточного омоложения

Транскрипционный фактор на ДНК. Розовым отмечен старт считывания гена. Фото Physorg

Мало кто знает, что японский император считается в мире неплохим специалистом по биологии клеток. Может быть, поэтому у нашего восточного соседа большой интерес исследователей к клеточным проблемам. Всего 10 лет назад С. Яманаки сделал в Киотском университете открытие, заслуженно получив Нобелевскую премию. Начав с 30 белков, Яманаки в конце концов уменьшил их число до четырех, доказав, что их вполне достаточно для репрограммирования (омоложения) клеток взрослого организма и перевода их в состояние, близкое к таковому у эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).

Новый метод получения клеток, «способных на многое», или плюри-, мультипотентных, получил сокращенное название iPS (induced Pluripotent Stem cells). Японское достижение открыло путь к персонализированной клеточной терапии, сняв препятствие в виде иммунной реакции отторжения пересаженного органа, тканей и необходимости его подавления.

Исследования показали, что суть клеточного омоложения заключается в действии на соответствующие гены специфических протеинов, которые садятся на ДНК, запуская активность генов-мишеней. Последние в норме выключаются после рождения или полового созревания. Активность генов подразумевает «переписывание», или транскрипцию ДНК-информации на молекулу информационной РНК. С нее и идет синтез белков и других веществ. Естественно, протеины переписывания, информационного копирования, получили название транскрипционных факторов, сокращенно – ТФ.

Нарушение в генах ТФ – причина возникновения самых неожиданных проблем со здоровьем, например нефрита, приводящего к почечной недостаточности уже в 30 лет, или же анемии Фанкони. В Рокфеллеровском университете Нью-Йорка выяснили, что к этим двум видам патологии приводят нарушения в гене FAN. Только в одном случае они проявляются в нарастании разрывов цепей ДНК, а в другом – к анемичному состоянию, граничащему с раком крови.

В почках мышей с выключенным геном FAN ученые увидели характерную для геномного нефрита кариомегалию (от греч. «карион» – «ядро»), то есть резкое увеличение размера ядер клеток. Авторы этого исследования полагают, что увеличение ядерного объема происходит в результате повышенного синтеза порванных ДНК, замыкающихся друг на друга в местах порывов обеих ее цепей. Дело в том, что в норме в конце гена есть специальный сигнал, говорящий о прекращении синтеза. Порыв цепей ферментов синтеза до этого сигнала не допускает.

Еще сложнее молекулярная машинерия в случае определения судьбы эмбриональных стволовых клеток, делящихся асимметрично. Судьбоносным при этом оказывается ТФ под названием Myc. Его мутации были впервые выявлены при миелоскаркоме, откуда и сокращенное название. Мус управляет развитием иммунных и нервных клеток. Его повышенное количество в клеточном ядре определяет, будет ли это, в случае иммунных лимфоцитов, бурно делящийся «натуральный киллер» или медленно делящаяся клетка иммунной памяти, сохраняющейся в организме десятки лет. Считается, что именно натуральные киллеры нападают на бета-клетки поджелудочной железы, убивая их в результате аутоиммунной атаки. Это приводит к инсулин-зависимому диабету I типа (Т1Д).

Помочь лечению людей, страдающих Т1Д, призвана новая клеточная терапия, успешно опробованная на мышах сотрудниками калифорнийского Института Солка. И до них ученые уже получали инсулин-продуцирующие клетки, но те мало активны и к тому же не отвечают на повышение сахара в крови. Калифорнийские исследователи вытащили фибробласты кожи, синтезирующие коллаген, после чего с помощью известного ТФ направили развитие омоложенных iPS в направлении бета-клеток поджелудочной железы, синтезирующих белковые цепи инсулина. Клетки, пересаженные вновь подопытным мышам, отвечали выделением инсулина не только на введение глюкозы, но, что крайне важно, и на сигналы из митохондрий, вырабатывающих клеточную энергию.

Открыватели нового пути в разработке будущих клеточных терапий надеются провести первые клинические испытания своего метода уже через пару-тройку лет.