
Американские ученые обнаружили один из ключевых факторов,
ответственных за перепрограммирование зрелых соматических клеток в
индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Им оказался оптимальный баланс
активных форм кислорода (АФК, ROS) на разных стадиях клеточной трансформации. Результаты
исследования опубликованы в журнале Cell Reports.
При перепрограммировании соматических клеток метаболизм
переключается с окислительного фосфорилирования на гликолиз. У iPSC меньше
митохондрий, они синтезируют меньше АТФ и лучше развиваются при низком уровне
кислорода. Соответственно, они синтезируют меньше АФК (свободнорадикальных молекул
с высокой реакционной способностью, которые образуются в процессе тканевого
дыхания, обладают повреждающим действием на ДНК и другие макромолекулы, но, в
то же время, являются медиаторами некоторых сигнальных путей в клетке). Также iPSC более чувствительны к
вызываемому АФК апоптозу (естественной гибели).
Сотрудники Методистского исследовательского института
Хьюстона получили iPSC из фибробластов мышиных эмбрионов и проанализировали в
них метаболизм АФК. Выяснилось, что на ранних стадиях перепрограммирования (на
второй день) в клетках под влиянием универсального транскрипционного фактора NF-κB
в десятки раз повышается экспрессия ферментов семейства Nox (никотинадениндинуклеотидфосфатоксидаз,
НАДФ-оксидаз), которые отвечают за образование АФК. Соответственно, уровень АФК
в это время также оказался значительно повышен.
В процессе созревания iPSC (к шестому дню) уровень Nox и АФК
постепенно возвращается к нормальному уровню. Одновременно возрастает
экспрессия антиоксидантных генов супероксиддисмутаз (SOD1/2) и глутатионпероксидазы
(Gpx), нейтрализующих свободные радикалы. В результате этого в зрелых iPSC
уровень АФК снижается вдвое по сравнению с исходными фибробластами.
Исследователи провели серию экспериментов, в ходе которых
они снижали и повышали уровни АФК в перепрограммируемых клетках
фармакологическими и генетическими методами. Выяснилось, что как увеличенная,
так и уменьшенная концентрация АФК приводили к существенному (до 50 процентов)
снижению количества iPSC в культуре. Таким образом, поддержание оптимального
баланса АФК и его динамики в процессе трансформации клеток играет ключевую роль
в получении iPSC.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут
развиваться в различные виды клеток организма аналогично эмбриональным
стволовым клеткам, что делает их незаменимыми при разработке разных видов
клеточной терапии. За создание технологии их получения Джон Гердон и Синъя
Яманака в 2012 году получили Нобелевскую премию.
Олег Лищук
