Моторные нейроны из кожи: напрямую, без стволовых клеток

Учёные из Школы медицины Университета Вашингтона в Сент-Луисе превратили клетки человеческой кожи непосредственно в моторные нейроны, миновав стадию стволовых клеток. Это позволит получать двигательные нейроны человека в лаборатории, что очень облегчит их исследование, а также позволит сохранить свойства клеток донора, такие как возраст. Новая методика опубликована в журнале Cell Stem Cell.

Илл: схема эксперимента

Благодаря пропуску стадии стволовых клеток получаемые нейроны сохраняют возраст исходных клеток кожи и, следовательно, возраст пациента.

«Использование метода со стадией плюрипотентных стволовых клеток похоже на снос дома и строительство нового с нуля, – говорит главный автор исследования Эндрю  Ю, PhD, доцент кафедры биологии развития. – То, что мы делаем, больше похоже на ремонт. Мы меняем интерьер, но оставляем оригинальную структуру. Она сохраняет характеристики стареющих взрослых нейронов, которые мы хотим изучать».

Сохранение хронологического возраста клеток крайне важно при изучении нейродегенеративных заболеваний, которые развиваются у людей разного возраста и прогрессируют в течение десятилетий. Моторные нейроны управляют мышечными сокращениями, а их повреждение лежит в основе таких тяжелейших заболеваний, как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия, которые в конечном итоге приводят к параличу и ранней смерти.

Эта методика позволит исследовать двигательные нейроны центральной нервной системы человека в лаборатории. Обычно исследования проходят на моторных нейронах мышей, поскольку исследователи не могут брать для исследования этих нейроны у живых людей. Возможность напрямую превращать клетки человеческой кожи, которые легко взять у пациента,  в специфические типы клеток, такие как нейроны, существенно упростит задачу.

Из предыдущей работы Ю и его коллег в Стэнфордском университете следовало, что воздействие двух небольших молекул микроРНК, miR-9 и miR-124, связанных с переупаковкой генетических инструкций клетки, превратило клетки человеческой кожи в обычные нейроны. В новом исследовании Ю и его соавторов стало ясно, что микроРНК работают и с другими клеточными сигналами – факторами транскрипции. В результате создаются специфические нейроны. Различное сочетание факторов транскрипции может превратить клетки кожи в специфические нейроны разных типов. Гены, вовлечённые в процесс, становятся готовыми к экспрессии, но остаются неактивными до тех пор, пока не будет обеспечена правильная комбинация молекул. Например, добавление в комбинацию транскрипционных факторов, называемых ISL1 и LHX3, превратило клетки кожи в двигательные нейроны спинного мозга, а использование других сигналов – в средние колючие нейроны полосатого тела, которые страдают при хорее Гентингтона.

Структура miR-9

В представленном в Cell Stem Cell исследовании учёные работали с клетками здоровых людей. В будущем они надеются изучить клетки кожи у пациентов с нарушениями функций моторных нейронов. Это позволит смоделировать поздние стадии болезни.

В подобных иссделованиях крайне важна точность в соответствии полученных «в пробирке» нейронов нейронам в организме донора. Искусственно полученные нейроны мышей развиваются аналогично «оригинальным». В будущем исследователи сравнят выращенные из кожи пациента нейроны с полученными посмертно образцами его собственных нейронов (увы, лекарства от бокового амиотрофического склероза пока не придумано).

Учёные надеются, что помимо помощи в изучении нейродегенеративных заболеваний новая методика также поспособствует появлению новых методов в области регенеративной медицины, новых способов лечения поврежденных тканей и органов.

Текст: Полина Гершберг

MicroRNAs Induce a Permissive Chromatin Environment that Enables Neuronal Subtype-Specific Reprogramming of Adult Human Fibroblasts

Abernathy, Daniel G. et al.

Cell Stem Cell , Volume 21 , Issue 3 , 332 — 348.e9

Учёные из Школы медицины Университета Вашингтона в Сент-Луисе превратили клетки человеческой кожи непосредственно в моторные нейроны, миновав стадию стволовых клеток. Это позволит получать двигательные нейроны человека в лаборатории, что очень облегчит их исследование, а также позволит сохранить свойства клеток донора, такие как возраст. Новая методика опубликована в журнале Cell Stem Cell.

Илл: схема эксперимента

Благодаря пропуску стадии стволовых клеток получаемые нейроны сохраняют возраст исходных клеток кожи и, следовательно, возраст пациента.

«Использование метода со стадией плюрипотентных стволовых клеток похоже на снос дома и строительство нового с нуля, – говорит главный автор исследования Эндрю  Ю, PhD, доцент кафедры биологии развития. – То, что мы делаем, больше похоже на ремонт. Мы меняем интерьер, но оставляем оригинальную структуру. Она сохраняет характеристики стареющих взрослых нейронов, которые мы хотим изучать».

Сохранение хронологического возраста клеток крайне важно при изучении нейродегенеративных заболеваний, которые развиваются у людей разного возраста и прогрессируют в течение десятилетий. Моторные нейроны управляют мышечными сокращениями, а их повреждение лежит в основе таких тяжелейших заболеваний, как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия, которые в конечном итоге приводят к параличу и ранней смерти.

Эта методика позволит исследовать двигательные нейроны центральной нервной системы человека в лаборатории. Обычно исследования проходят на моторных нейронах мышей, поскольку исследователи не могут брать для исследования этих нейроны у живых людей. Возможность напрямую превращать клетки человеческой кожи, которые легко взять у пациента,  в специфические типы клеток, такие как нейроны, существенно упростит задачу.

Из предыдущей работы Ю и его коллег в Стэнфордском университете следовало, что воздействие двух небольших молекул микроРНК, miR-9 и miR-124, связанных с переупаковкой генетических инструкций клетки, превратило клетки человеческой кожи в обычные нейроны. В новом исследовании Ю и его соавторов стало ясно, что микроРНК работают и с другими клеточными сигналами – факторами транскрипции. В результате создаются специфические нейроны. Различное сочетание факторов транскрипции может превратить клетки кожи в специфические нейроны разных типов. Гены, вовлечённые в процесс, становятся готовыми к экспрессии, но остаются неактивными до тех пор, пока не будет обеспечена правильная комбинация молекул. Например, добавление в комбинацию транскрипционных факторов, называемых ISL1 и LHX3, превратило клетки кожи в двигательные нейроны спинного мозга, а использование других сигналов – в средние колючие нейроны полосатого тела, которые страдают при хорее Гентингтона.

Структура miR-9

В представленном в Cell Stem Cell исследовании учёные работали с клетками здоровых людей. В будущем они надеются изучить клетки кожи у пациентов с нарушениями функций моторных нейронов. Это позволит смоделировать поздние стадии болезни.

В подобных иссделованиях крайне важна точность в соответствии полученных «в пробирке» нейронов нейронам в организме донора. Искусственно полученные нейроны мышей развиваются аналогично «оригинальным». В будущем исследователи сравнят выращенные из кожи пациента нейроны с полученными посмертно образцами его собственных нейронов (увы, лекарства от бокового амиотрофического склероза пока не придумано).

Учёные надеются, что помимо помощи в изучении нейродегенеративных заболеваний новая методика также поспособствует появлению новых методов в области регенеративной медицины, новых способов лечения поврежденных тканей и органов.

Текст: Полина Гершберг

MicroRNAs Induce a Permissive Chromatin Environment that Enables Neuronal Subtype-Specific Reprogramming of Adult Human Fibroblasts

Abernathy, Daniel G. et al.

Cell Stem Cell , Volume 21 , Issue 3 , 332 — 348.e9