Материал добавлен пользователем MinotavrНа шаг ближе к тканевой регенерации у млекопитающих: ученые Стэнфорда восстановили мышечную ткань
Регенерация тканей как у саламандр и тритонов кажется предметом научной фантастики. Но это происходит в реальности. Почему мы, млекопитающие, не можем восстановить конечность или вырастить новую сердечную мышцу, когда это необходимо?
Новое исследование предполагает, что для этого должна существовать веская
причина: ограничение способности наших клеток вступать в клеточный цикл по
собственному усмотрению – необходимое условие деления клеток для строительства
новой ткани – снижает вероятность того, что они выйдут из-под контроля и
приведут к образованию смертельно опасных раковых опухолей.
Ученые Медицинской школы Стэнфордского университета (Stanford University School
of Medicine) сделали большой шаг к возможности вернуть способность к регенерации
мышечным клеткам млекопитающих. Они достигли таких результатов в экспериментах
на лабораторных мышах, заблокировав экспрессию всего двух генов, подавляющих
развитие опухолей. Открытие может приблизить медицину к восстановительной
терапии у людей – удивительно, но направив нас вниз по эволюционной лестнице.
«Тритоны очень эффективно восстанавливают свои ткани», - говорит научный
сотрудник Института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины (Institute
for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine) Стэнфордского университета (Stanford
University) доктор философии Хелен Блау (Helen Blau). «Млекопитающие же просто
вызывают жалость. Мы можем восстановить свою печень, и это все. До сегодняшнего
дня то, как они это делают, оставалось тайной».
Хелен Блау – ведущий автор исследования, результаты которого опубликованы в
журнале Cell Stem Cell.
На фоне большого количества дискуссий об использовании взрослых или
эмбриональных стволовых клеток для восстановления и омоложения тканей всего
организма исследователи выбрали другой путь. Вместо стволовых клеток они изучали
вопрос о том, можно ли заставить миоциты, неделящиеся обычно клетки мышц, снова
войти в клеточный цикл и начать пролиферировать. Это очень важный вопрос, так
как специализированные, или дифференцированные, клетки млекопитающих
зафиксированы в стабильном состоянии, запрещающем клеточное деление. Достичь же
регенерации без деления клеток не представляется возможным.
В противоположность млекопитающим некоторые виды амфибий способны заменять
потерянные или поврежденные ткани, вступив в клеточный цикл, чтобы дать начало
новым мышечным клеткам. При этом клетки сохраняют свою идентичность, оставаясь
мышечными, что не позволяет им отклоняться от проторенного пути и становиться
другими, менее полезными типами клеток.
Хелен Блау и работавший ранее в ее лаборатории доктор медицины Джейсон Померанц
(Jason Pomerantz) решили выяснить, можно ли «уговорить» клетки млекопитающих
следовать этим же путем. Однако, прежде всего они должны были установить, в чем
заключается разница между вступающими в клеточный цикл клетками млекопитающих и
саламандры. Одним из аспектов этого процесса является наличие класса белков,
блокирующих опасное клеточное деление – так называемых супрессоров опухолей.
Предыдущие исследования показали, что супрессор опухоли ретинобластомы, или Rb,
играет важную роль в предотвращении перехода многих типов специализированных
клеток млекопитающих, включая найденные в мышцах, к неконтролируемому делению.
Но эффект блокирования экспрессии Rb в клетках млекопитающих был непостоянен: в
некоторых случаях Rb позволял клеткам снова вернуться к клеточному циклу, в то
время как в других случаях этого не наблюдалось.
Проведя большую работу, ученые пришли к выводу, что можно использовать другой
опухолевый супрессор – ARF. Как и Rb, ARF работает на торможение клеточного
цикла в ответ на внутренние сигналы. Изучение эволюционного дерева дало
исследователям ключевую подсказку. Они увидели, что впервые ARF появляется у
кур. Его находят и у других птиц и млекопитающих, но не у животных подобных
саламандрам, находящихся на более низких стадиях эволюции. Характерно, что он
также отсутствует в линиях клеток, которые вступают в клеточный цикл при потере
Rb, и экспрессируется на более низком, чем норма, уровне в печени млекопитающих
– единственном органе, который восстанавливается у человека.
Основываясь на предыдущих работах на тритонах, Блау говорит: «Нам показалось,
что они не имеют подобных ограничений роста. Мы предположили, что, возможно, в
процессе эволюции человек приобрел опухолевые супрессоры, которых нет у низших
животных, ценой способности к регенерации».
Как можно было предположить, Померанц и Блау обнаружили, что блокирование
экспрессии и Rb и ARF позволяло отдельным миоцитам, изолированным от мышечной
ткани, дедифференцироваться и начать деление. Когда ученые ввели клетки обратно
в мышечную ткань мыши, мииоциты смогли слиться с существующими мышечными
волокнами, но только если экспрессия Rb была восстановлена. Без Rb
трансплантированные клетки пролиферировали слишком бурно и нарушали прежнюю
структуру мышцы.
«Миоциты достигли точки невозврата», - говорит Блау. «Они не могут просто начать
делиться снова. Но мы показали, что временное блокирование экспрессии всего двух
генов может восстановить древнюю способность к регенерации мышц у
млекопитающих».
Ключевым словом здесь является слово «временное». Из экспериментов на мышах
ясно, что блокирование экспрессии опухолевых супрессоров в клетках млекопитающих
- задача, не имеющая простого решения. Постоянное удаление этих белков приводит
к неограниченному клеточному делению. Но временная и хорошо контролируемая их
потеря – что и разработали исследователи – может стать полезным терапевтическим
инструментом.
В дальнейшем ученые планируют выяснить, работает ли их метод на других типах
клеток, например, на клетках поджелудочной железы или сердца, и смогут ли они
получить подробные результаты в местах повреждения тканей. Если так, то
временное включение клеточной пролиферации вполне может стать средством терапии
большого количества различных заболеваний.
Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения (National
Institutes of Health) и Фондом Бакстера (Baxter Foundation).
Источник: www.lifesciencestoday.ru