Техника за клетъчно програмиране, разработена в Института Weizmann, превръща клетките в ранни предшественици на сперматозоиди и яйцеклетки.

върнат

Групи от Научния институт Weizmann и Кеймбридж постигнаха подвига да върнат биологичния часовник на човешките клетки, за да създадат първични зародишни клетки в лабораторията.

Тоест ембрионални клетки, които пораждат сперматозоиди и яйцеклетки.

Това е първият път, в който човешките клетки са програмирани и са успели да достигнат този ранен етап от своето развитие.

Резултатите от това проучване, публикувано в Cell, могат да помогнат да се открият причините за проблеми с плодовитостта, да се разберат ранните етапи на ембрионалното развитие и потенциално в бъдеще да се позволи разработването на нови видове технологии, свързани с плодовитостта.

"Няколко изследователи се опитват да създадат първични зародишни клетки (PGC) в чашите на Петри в продължение на години", казва д-р Джейкъб Хана от катедрата по молекулярна генетика на Института, който ръководи проучването заедно със студента от изследователя. Leehee Weinberger.

PGC възникват през първите седмици от ембрионалното развитие, когато ембрионалните стволови клетки в оплодената яйцеклетка започват да се диференцират в най-основните клетъчни типове.

След като тези първични клетки се "специализират", те продължават да се развиват на "автоматичен пилот", докато не станат предшественици на сперматозоиди или яйцеклетки, казва Хана.

Идеята за създаването на тези клетки в лабораторията възниква през 2006 г. с изобретението на индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPS) - възрастни клетки, които са „препрограмирани“, за да изглеждат и да действат като ембрионални стволови клетки, които могат да се диференцират във всеки тип клетка.

Следователно преди няколко години, когато изследователи в Япония създадоха iPS клетки на мишки и след това успяха да ги накарат да се диференцират в PGC, други учени веднага се опитаха да получат същите резултати в човешките клетки. Досега обаче никой не беше успял.

По-ранната работа в лабораторията на Хана предложи нови методи, които биха могли да доведат човешките клетки до тяхното PGC състояние.

Това изследване се фокусира върху разбирането на разликите между човешките iPS клетки и миши ембрионални клетки: лесно е да задържите миши ембрионални клетки в тяхното "майчино" състояние в лабораторията, докато човешките iPS клетки, които са препрограмирани - чрез техника, включваща вмъкването на четири гена - те имат силна тенденция към диференциация и често запазват следи от „старт на диференциацията“.

След това Хана и нейната група разработиха метод за потискане на генетичния път за диференциация, като по този начин създадоха нов тип iPS клетки, които те нарекоха „наивни клетки“.

Изглежда, че тези клетки подмладяват iPS клетките още една стъпка, приближавайки ги до първоначалното ембрионално състояние, от което те действително могат да се диференцират във всякакъв тип клетки. Тъй като тези „наивни клетки“ приличат повече на своите колеги на мишки, Хана и нейната група смятат, че могат да бъдат „убедени“ да се диференцират в първични зародишни клетки.

Работейки с „наивни“ ембрионални стволови клетки и iPS клетки и прилагайки техниките, които са успешни в експериментите с миши клетки, изследователският екип успява да произведе клетки, които и в двата случая изглеждат идентични с човешките PGC.

Във връзка с лабораторната група на проф. Азим Сурани от университета в Кеймбридж, учените тестваха и допълнително усъвършенстваха метода съвместно в двете лаборатории.

Чрез добавяне на червен флуоресцентен маркер към гените на PGCs те успяха да преценят колко клетки са програмирани.

Резултатите им показват, че относително висок процент - до 40% - стават PGC.

Тази сума улеснява анализа.

Хана посочва, че PGC са само първата стъпка в създаването на човешки сперматозоиди и яйца.

Все още има препятствия за преодоляване, преди лабораториите да успеят да завършат веригата от събития, които водят възрастна клетка през цикъла на ембрионалните стволови клетки, за да се превърнат в сперматозоиди или яйца.

В някакъв момент от процеса тези клетки трябва да се научат да изпълняват чистия трик, като разделят своята ДНК наполовина, преди да могат да станат жизнеспособни репродуктивни клетки.

Хана обаче е уверена, че тези пречки един ден ще бъдат преодолени чрез увеличаване на възможността, например, да се позволи на жени, лекувани с химиотерапия или страдащи от преждевременна менопауза, да заченат деца.

Междувременно от това проучване вече са получени някои интересни резултати, които биха могли да имат значителни последици за бъдещи изследвания върху PGC и евентуално други ранни ембрионални клетки.

Екипът успя да проследи част от веригата от генетични събития, която насочва стволовата клетка към диференциация в първичната зародишна клетка и по този начин открива главен ген, Sox17, който регулира процеса при хора, но не и при мишки.

Тъй като тази генетична мрежа е различна от идентифицираната при мишки, изследователите подозират, че учените, изучаващи процеса при хората, могат да бъдат изненадани.

„Наличието на способността да създаваме човешки PGC в чаши на Петри ще ни позволи да изследваме процеса на диференциация на молекулярно ниво.

Например открихме, че само „пресни“ „наивни“ клетки могат да станат PGC; но след една седмица при конвенционални условия на отглеждане те отново губят тази способност.

Искаме да знаем причината за това. Какво прави човешките стволови клетки повече или по-малко компетентни? И какво точно задвижва процеса на диференциация, след като клетката е препрограмирана до най-„наивното“ си състояние?

Именно отговорите на тези основни въпроси най-накрая ще позволят на iPS клетъчната технология да се развие до степен, че може да се използва при медицински лечения. ".