Искусственные и эмбриональные стволовые клетки похожи друг на друга

При одинаковом генетическом наборе отличия между эмбриональными и индуцированными стволовыми клетками оказываются весьма невелики.

Всякий раз, когда заходит речь о стволовых клетках, приходится упоминать о том, что есть натуральные стволовые клетки и искусственные, и что насчёт последних у биологов до сих пор остаются некоторые сомнения.

Под натуральными мы здесь имеем в виду эмбриональные плюрипотентные стволовые клетки – из них состоит эмбрион на самых ранних этапах развития и именно они дают начало всем прочим специализированным клеткам: мышечным, эпителиальным, нервным и т. д. (На самом деле, между эмбриональной и полностью специализированной клеткой есть ещё целый ряд «стволовых» стадий, но всю эту сложную картину мы сейчас описывать не будем.) Иными словами, из эмбриональных плюрипотентных клеток можно вырастить что угодно, и их перспективы в биологии и медицине были бы бескрайними, если бы не «исходный материал» – то есть человеческие эмбрионы, из которых такие клетки только и можно взять.

Поэтому можно представить энтузиазм медиков и биологов, когда 2006 году Синъя Яманака получил так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC, или iPS): оказалось, что если в зрелой, специализированной клетке изменить активность всего четырёх генов, то она в буквальном смысле впадёт в детство, то есть превратится в эмбриональную стволовую клетку. И теперь с помощью разных регуляторных белков её можно направить по нужному пути развития.

Таким образом, мы можем, например, из клетки кожи через индуцированную стволовую стадию получить нейрон. Однако тут возникает вполне естественный вопрос: насколько искусственные стволовые клетки (и те, которые мы из них получаем) похожи на натуральные, эмбриональные стволовые клетки?

Поначалу казалось, что отличия существенны, что многие гены у индуцированных клеток работают не так, как у эмбриональных, и, если мы захотим использовать «ненатуральные» клетки в медицине, то их «ненатуральная» генетическая активность может привести к разным неблагоприятным последствиям.

Однако потом стали появляться данные, говорившие о том, что обе разновидности клеток на самом деле похожи друг на друга. Так, осенью прошлого года в Nature Biotechnology вышла статья, авторы которой говорили о том, что отличия между индуцированными и эмбриональными стволовыми клетками не так уж велики.

Те различия, которые наблюдали раньше, происходили, очевидно, от того, что клетки для сравнения брали из различных источников, то есть они были генетически отличны друг от друга (например, если мы сравниваем эмбриональные клетки, полученные от женского эмбриона, с индуцированными стволовыми клетками, полученными от мужчины, то молекулярно-генетическая разница между теми и другими может иметь место не потому, что одни – натуральные, а другие – искусственные, а потому, что гены в мужском и женском организме в принципе работают по-разному).

В новой статье, опубликованной в Cell Cycle исследователями из Института общей генетики им. Вавилова Российской академии наук, Института физико-химической медицины и Московского физико-технического института, говорится о том же: индуцированные стволовые клетки в главном неотличимы от своих эмбриональных «коллег».

В ходе эксперимента из эмбриональных стволовых клеток получали три вида специализированных – то были фибробласты, нервные клетки и пигментные эпителиальные клетки глазной сетчатки. Потом их перепрограммировали обратно в стволовые и сравнивали их молекулярный портрет с портретом исходных эмбриональных. Генетически они все были идентичны, так что отличия могли проявиться только в активности генов, которую можно было оценить по транскриптому – совокупности РНК в клетке. (Грубо говоря, на ДНК активного гена синтезируется больше РНК, на ДНК малоактивного гена – меньше.)

Кроме того, авторы работы оценивали характер метилирования ДНК. Мы знаем, что метильные группы влияют на генетическую активность, и в зависимости от характера метилирования одни гены будут работать, а другие – нет. Именно этот механизм играет большую роль в специализации клеток, когда, например, в нейроне нужно оставить в рабочем состоянии только «нервные» гены и выключить те, которые нужны всем прочим клеткам – мышечным, печёночным, кожным и т. д.

По словам исследователей, индуцированные стволовые клетки по существенным признакам не отличались от эмбриональных, и ни конкретный вид специализированной клетки (будь то фибробласт, нейрон или клетка сетчатки), ни сама процедура «возвращения в детство» тут никакой роли не играли. Те отличия, которые всё-таки имелись, были не слишком велики и возникли из-за случайных факторов. Конечно, число таких различий может варьировать раз от разу, однако, если у нас на руках будет пять клонов индуцированных стволовых клеток – полученных, например, из эпителия – то среди них обязательно будет один, на 95% похожий на эмбрионального «предка». То есть из пяти специализированных клеток одна даст почти идеальную индуцированную стволовую – если за идеал брать натуральную эмбриональную линию.

Словом, очевидно, что проблема несоответствия в генетической активности между естественными и искусственными стволовыми клетками в известной степени надуманна (хотя в некоторых обстоятельствах такие различия всё же могут иметь место).

Возможно, что подобные эксперименты помогут преодолеть недоверие к iPSC и поспобствуют тому, чтобы эти клетки стали рутинным медицинским инструментом. Кстати говоря, в качестве ещё одной оптимистичной статьи на ту же тему можно вспомнить недавнее сообщение в PLOS Genetics, в котором говорилось, что уровень мутаций в индуцированных стволовых клетках довольно мал – они накапливают мутации в 10 раз медленнее, чем зрелые, специализированные клетки, из которых их получали.