ვისკონსინ-მედისონის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შეიმუშავეს ახალი სტრატეგია უჯრედების რეპროგრამირების მიზნით ერთი ტიპიდან მეორეზე უფრო ეფექტური და ნაკლებად მიკერძოებული გზით, ვიდრე წინა მეთოდები.
უჯრედების ერთი ტიპიდან მეორეზე გადაქცევის შესაძლებლობა დიდ გვპირდება საინჟინრო უჯრედებსა და ქსოვილებს თერაპიული გამოყენებისთვის, ხოლო ვისკონსინის ახალმა კვლევამ შეიძლება ხელი შეუწყოს კვლევის დაჩქარებას და ტექნოლოგიის უფრო სწრაფად მიტანას კლინიკაში.
ახალი მიდგომა, რომელიც გამოქვეყნებულია მეცნიერებათა ეროვნული აკადემიის შრომებში (PNAS), იყენებს ხელოვნურ ტრანსკრიფციის ფაქტორების ბიბლიოთეკას, რათა ჩართოს გენები, რომლებიც გარდაქმნიან უჯრედებს ერთი ტიპიდან მეორეზე.ბუნებრივი ტრანსკრიფციის ფაქტორები არის უჯრედული მოლეკულები, რომლებიც უკავშირდებიან დნმ-ს, რათა ჩართონ და გამორთონ გენები. ისინი ხელს უწყობენ უჯრედის ბედის დადგენას, რაც იმას ნიშნავს, რომ თუ უჯრედი განკუთვნილია კანის უჯრედად, გულის უჯრედად ან თვალის უჯრედად, ტრანსკრიფციის სხვადასხვა ფაქტორები ცვლის გენების კონკრეტულ კომპლექტს, რომლებიც პროგრამირებენ უჯრედს ამა თუ იმ მდგომარეობის მისაღწევად. ლაბორატორიაში დამზადებული ხელოვნური ტრანსკრიფციის ფაქტორების გამოყენებით, მკვლევარები ცდილობენ იპოვონ, რომელი მათგანი საუკეთესოდ მიბაძავს ამ ბუნებრივ ცვლილებებს უჯრედის ბედში.
"ჩვენი ინტერესი უჯრედების ბედის შესაცვლელად გამომდინარეობს იმის გაგებით, თუ როგორ იყენებენ უჯრედები შერჩევით ინფორმაციას ჩვენს გენომებში უჯრედების სპეციფიკური ტიპების შესაქმნელად და ასევე მრავალი თერაპიული სარგებელიდან, რომელსაც შეუძლია ასეთი ცოდნა მოგვცეს", - ამბობს ასუკა ეგუჩი, კვლევის წამყვანი ავტორი. და პროფესორ ასეემ ანსარის ლაბორატორიის წევრი UW-Madison-ის ბიოქიმიის დეპარტამენტში. „მაგალითად, თუ პაციენტს სჭირდება უჯრედის გარკვეული ტიპი, იდეა არის ის, რომ ჩვენ შეგვიძლია საკუთარი უჯრედების რეპროგრამირება იმაზე, რაც მათ სჭირდებათ და არა დონორ უჯრედებზე დაყრდნობით.ეს საშუალებას გვაძლევს შევისწავლოთ პაციენტის სპეციფიკური უჯრედები და პოტენციურად თავიდან ავიცილოთ პრობლემები იმუნურ პასუხთან დაკავშირებით, როდესაც პაციენტის სხეულს შეუძლია უარყოს უჯრედები."
ჩვეულებრივი მეთოდები უჯრედის ბედის შესაცვლელად სწორი ფაქტორების მოსაძებნად მეცნიერებს ცდისა და შეცდომის მიდგომის შესრულებას მოითხოვს. მათ ესაჭიროებათ წინასწარი ცოდნა იმის შესახებ, თუ ათასობით ბუნებრივი ფაქტორის რომელი კომბინაცია იმუშავებს მჭიდროდ ქორეოგრაფიულ ვადებში, რათა დაპროგრამდეს უჯრედის ბედი. მკვლევარების თქმით, ეს ნელი, შრომატევადი, წარუმატებლობისკენ მიდრეკილი პროცესია. ახალი მეთოდი იყენებს მილიონობით ხელოვნური ტრანსკრიფციის ფაქტორების „ბიბლიოთეკას“, რომლებიც შექმნილია ბუნებრივი კონტროლის გვერდის ავლით და იმ გენების ჩართვისთვის, რომლებიც შესაძლოა გააქტიურებულიყო მოცემულ უჯრედის ტიპში. გარდა ამისა, ფაქტორები შეიცავს მიმაგრებას, რომელიც მათ საშუალებას აძლევს შეერთონ და იმუშაონ გენებზე ზემოქმედების მიზნით, ეს ნაბიჯი ტრადიციულად არ არის გადადგმული.
უჯრედებისთვის ფაქტორების ბიბლიოთეკის გამოვლენით, მათ შეუძლიათ დაინახონ, შეიცვალა თუ არა უჯრედის ბედი რომელიმე მათგანში. თუ ასეა, მათ შეუძლიათ ხელახლა მოინახულონ ეს უჯრედები, რათა ნახონ რომელი ფაქტორები იყო პასუხისმგებელი.მათი ექსპერიმენტებისთვის ვისკონსინის ჯგუფმა დაიწყო თაგვების ფიბრობლასტები, უჯრედი შემაერთებელ ქსოვილში და ეძებდა მათ რეპროგრამირებას, რასაც უწოდებენ ინდუცირებულ პლურიპოტენტურ ღეროვან უჯრედებს. სათანადო მინიშნებების გათვალისწინებით, ამ ტიპის ღეროვანი უჯრედები შეიძლება გახდეს ნებისმიერი ტიპის უჯრედი ცხოველის სხეულში, მათ შორის ადამიანების ჩათვლით. რეპროგრამით, მკვლევარები გულისხმობენ, რომ ხელოვნური ფაქტორები ყველა სწორ გენს გამოიწვევს, რათა უჯრედი გადავიდეს ერთი ტიპიდან მეორეზე.
"წარმოიდგინეთ, რომ გაქვთ მილიონობით გასაღები და მხოლოდ უნიკალურ გასაღებს ან კლავიშების კომბინაციას შეუძლია ძრავის ჩართვა", - ამბობს ანსარი, რომელიც ასევე ასოცირდება UW-Madison's Genome Center of Wisconsin. „ჩვენ პარალელურად ვამოწმებთ ყველა ამ კლავიშს და როცა ვხედავთ ძრავის გააქტიურებას, უკან ვბრუნდებით, რომ ვნახოთ ზუსტად რომელმა კლავიშმა ჩართო.“
მათი ხელსაწყოს ტესტირების პროცესში, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს ხელოვნური ფაქტორების სამი კომბინაცია, რომლებმაც გადააპროგრამეს ფიბრობლასტი ღეროვან უჯრედში. ფაქტორებმა ისეთივე როლი შეასრულეს, როგორც ბუნებრივი ტრანსკრიფციის ფაქტორი, რომელიც მნიშვნელოვანია პროცესში, რომელსაც ეწოდება ოქტ4.
"ამ მიუკერძოებელი მიდგომით, ჩვენ შეგვიძლია ვცადოთ, ძირითადად, ფართო ბადე გავუშვათ მთელ გენომზე და მივცეთ უჯრედს გვითხრას, არის თუ არა შეწუხებული მნიშვნელოვანი გენები", - ამბობს ანსარი. "ეს არის გზა, რათა მოხდეს უჯრედების ბედის გარდაქმნა ისე, რომ არ ვიცოდეთ, რა გენები შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი, რადგან ჩვენ შეგვიძლია ამდენი ტესტირება მოლეკულების მიუკერძოებელი ბიბლიოთეკის გამოყენებით, რომელსაც შეუძლია გენომის თითქმის ყველა კუთხის მოძიება."
ფიბრობლასტების რეპროგრამირება ღეროვან უჯრედებში კარგად არის შესწავლილი. მკვლევარებმა ტესტისადმი მიდგომა ამ კონტექსტში განათავსეს, რადგან ის მაღალ ზოლს აყენებს და უჯრედში მნიშვნელოვან ცვლილებებს მოითხოვს. კონცეფციის ამ მტკიცებულებით, ვისკონსინის მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ სხვა მკვლევარები გამოიყენებენ მათ მეთოდს ახალი გენების აღმოსაჩენად, რომლებსაც შეუძლიათ უჯრედების ბედის უფრო რთული გარდაქმნა.
"ამ პლურიპოტენტური ღეროვანი უჯრედების გენერირება ასევე გვეხმარება თავიდან ავიცილოთ ემბრიონული ღეროვანი უჯრედების შექმნა, რაც შეიძლება საკამათო იყოს", - ამბობს ეგუჩი, რომელიც ახლახან დაამთავრა UW-Madison უჯრედული და მოლეკულური ბიოლოგიის სასწავლო პროგრამა.„ჩვენ ასევე შეგვიძლია დავიწყოთ პირდაპირი კონვერტაციების უკეთ შესწავლა, ეს არის გარდაქმნა ერთი უჯრედის ტიპიდან მეორეზე, პირველ რიგში, პლურიპოტენტურ ეტაპზე გადასვლის გარეშე, რადგან ამან შეიძლება გამოიწვიოს პრობლემები ზოგიერთ კონტექსტში. ეს ინსტრუმენტი ხსნის კარებს ამ სფეროების უფრო ეფექტურად კვლევისთვის."
