Двигаясь вглубь кожи

Источник: Кафедра патологии и кафедра акушерства и гинекологии, Центр медицинских наук Оклахомы, Оклахома-Сити, Оклахома, США.

Автор: Прабир К. Хакраборты.

Реферат

Кожа является важным органом, который выполняет различные функции. Глубокое понимание молекулярной биологии кожи может дать объяснения многим дерматологическим заболеваниям. Кроме того, кожа, возможно, служит лучшей моделью для исследований в области клеточной биологии, начиная от исследований стволовых клеток взрослых и заканчивая вопросами общей онкологии и эмбриологии. Модель кожи имеет множество преимуществ по сравнению с другими тканями. К преимуществам кожи, используемой в качестве модели исследования, относятся: простая визуализация, большие размеры, менее сложные системы клеточных культур и эффективные физиологические показатели. В данном исследовании можно рассмотреть два последних вывода в области биологии стволовых клеток, при которых кожа используется в качестве модельной системы и это может привести к революционным результатам в биомедицинской области.

Двигаясь вглубь кожи

Кожа является важным органом, выполняющим различные функции. Глубокое понимание молекулярной биологии кожи может помочь объяснить патофизиологический механизм многих дерматологических заболеваний. Кроме того, кожа, возможно, служит лучшей моделью для исследований в области клеточной биологии, начиная от исследований стволовых клеток взрослых и заканчивая вопросами общей онкологии и эмбриологии. Модель кожи имеет множество преимуществ по сравнению с другими тканями. К преимуществам кожи, которая используется в качестве модели исследования, относятся: простая визуализация, большие размеры, менее сложные системы клеточных культур и эффективные физиологические показатели [1]. В данном исследовании можно рассмотреть два последних вывода в области биологии стволовых клеток, при которых кожа используется в качестве модельной системы и это может привести к революционным результатам в биомедицинской области.

В оригинальной статье доктора Буганима (IMRIC, кафедра биологии развития и онкологических исследований) под названием «Экстенсивное ядерное перепрограммирование, лежащее в основе генеалогической конверсии в функциональные трофобластные стволовые клетки» сообщается об успешном превращении клеток кожи в прочные и полностью функциональные клетки, продуцирующие плаценту, которые более правильно называются индуцированные трофобластные стволовые клетки («iTSCs») [2].

Плацента имеет решающее значение для здоровья матери и ее плода. К сожалению, наше понимание все еще неуловимо для плаценты. Неправильное развитие или повреждение плаценты коррелирует с повторным выкидышем, низким весом ребенка при рождении, преждевременными родами и врожденными дефектами. К сожалению, существующие варианты моделирования или лечения этих расстройств являются довольно скудными, поскольку изоляция в условиях invitroи развитие плацентарных клеток оказались безуспешными. Ранее в 2006 году лауреат Нобелевской премии Шиня Яманака и Кадзутоши Такахаши расшифровали четыре гена, которые можно вводить в клетки кожи, чтобы перепрограммировать фибробласты в функциональные эмбриональные стволовые клетки, известные как «индуцированные плюрипотентные стволовые клетки» («iPSCs») [3]. В этой линии д-р Буганим и его коллеги попытались создать стабильные и функциональные клетки, генерирующие плаценту. В мышиной модели они подвергли скринингу гены, которые поддерживают развитие плаценты, и идентифицировали три гена (Gata3, Eomesи Tfap2c), которые могли бы перепрограммировать предназначение клетки и полностью превратить клетки кожи в стабильные и полностью функциональные клетки, генерирующие плаценту. Эти полученные из кожи трофобластные стволовые клетки (TSC) имели схожую морфологию с TSCбеспорядочного типа и могли способствовать развитию плаценты [2]. Более того, эти клетки не обладают риском для зародыша, поскольку они интегрируются только в плаценту. Успех этого исследования открывает отличную возможность появления реальных шансов для женщин, страдающих плацентарной дисфункцией, иметь здоровых детей [4].

Но данный подход к манипулированию генами имеет свои недостатки. Это сложный и трудоемкий процесс, и существует вероятность того, что размещенный ген интегрируется в хромосому неспецифически и генерирует летальные мутации или гены, активирующие развитие рака. В этом контексте команда исследователей Китайской академии наук Шанхая (Китай) нашла уникальный способ добиться такого же биологического метаморфоза: превращение клеток кожи в нейроны. Подход включал простое добавление нескольких химических веществ к клеткам кожи. Секрет заключается в способности этих химических веществ изменять активность отдельных генов, которые выполняют трансформацию [5].

Исследователи анализировали тысячи химических веществ и определили конкретный состав молекул, которые были способны отключать гены клеток кожи в клетках человека и превращали их в нейронные гены. Так, тестовый индуктор генов состоял из семи небольших молекул, называемых VCRFSGY(вальпроевая кислота, CHIR99021, Repsox, Forskolin, SP600125, GO6983 и Y-27632). Когда эти химические вещества внедряли в культуру клеток кожи человека в течение нескольких недель клетки кожи трансформировались в зрелые и функциональные нейроны. Они показали, что клетки кожи пациента, страдающего болезнью Альцгеймера, могут быть сформированы в нейроны, которые экспрессируют несколько критических маркеров болезни Альцгеймера [5]. Эти результаты внесут огромный вклад в будущее исследований болезни Альцгеймера, предоставляя ученым безопасную и точную платформу для тестирования эффектов возможных новых препаратов.

Таким образом, эти примеры показывают, что кожа является мощным инструментом, при помощи которого можно исследовать широкий спектр клеточных биологических феноменов и успешно проводить исследования стволовых клеток для получения новых терапевтических результатов.

Источники литературы:

1.       Morrow A, Lechler T (2015) Studying cell biology in the skin.Mol biol cell 26: 4183-4186.

2.       Benchetrit H, Herman S, Van Wietmarschen N, Wu T, Makedonski K, et al. (2015) Extensive Nuclear Reprogramming Underlies Lineage Conversion into Functional Trophoblast Stem-like Cells, Cell stem cell 17: 543-556.

3.       Takahashi K, Yamanaka S (2006) Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors, Cell 126: 663-676.

4.       http://new.huji.ac.il/en/article/27928.

5.       Hu W, Qiu B, Guan W, Wang Q, Wang M, et al. (2015) Direct Conversion of Normal and Alzheimer's Disease Human Fibroblasts into Neuronal Cells by Small Molecules, Cell stem cell 17: 204-212.