Учёные открыли новый способ напрямую превращать клетки кожи человека в двигательные нейроны. Эта технология, разработанная в Медицинской школе Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University School of Medicine), поможет медикам глубже понять заболевания, поражающие моторные нейроны, в частности, боковой амиотрофический склероз (БАС).
Многочисленные группы исследователей трудятся над разработкой новых способов лечения нейродегенеративных заболеваний, но это сложная задача, так как вырастить человеческие двигательные нейроны в лаборатории раньше было невозможно. Если работа этих нейронов, отвечающих за сокращения мышц, нарушается, это вызывает такие заболевания, как боковой амиотрофический склероз и спинальная мышечная атрофия, что в итоге приводит к параличу и смерти.
В результате нового исследования учёные из Университета Вашингтона в Сент-Луисе смогли превратить клетки кожи, взятые у здоровых взрослых людей, напрямую в моторные нейроны, минуя стадию стволовых клеток. Благодаря этому теперь в лабораториях можно будет изучать двигательные нейроны человека, что значительно продвинет исследования. Получить образец этих нейронов от живого человека невозможно, но образец кожи взять легко.
Исследование было опубликовано 7 сентября в журнале Cell Stem Cell.
Если обойтись без стадии стволовых клеток, это поможет избежать этических разногласий, которые возникают при получении плюрипотентных стволовых клеток — клеток, схожих с эмбриональными, благодаря своей способности превращаться в любую другую клетку. И, что важнее, в результате использования новой технологии можно получить моторные нейроны того же возраста, что и клетки кожи, а значит, того же возраста, что и пациент. Сохранение хронологического возраста клеток очень важно при изучении нейродегенеративных заболеваний, которые развиваются у людей разных возрастов и прогрессируют со временем.
«В нашей работе мы использовали клетки кожи здоровых людей в возрасте от 20 до 60 лет, — говорит старший автор доктор Эндрю С. Ю (Andrew S. Yoo), доцент онтогенетики. — Наше исследование показало, как молекулы РНК взаимодействуют с факторами транскрипции и производят нейроны определённого типа, в нашем случае — двигательные нейроны. В будущем мы будем изучать клетки кожи пациентов с заболеваниями двигательных нейронов. Мы будем моделировать поздние стадии болезни при помощи нейронов, полученных у больных».
Ю сказал: «Использовать в работе стадию плюрипотентных клеток — всё равно что сначала до основания разрушать дом, а потом заново его строить. То, что мы делаем сейчас, можно сравнить с ремонтом: мы меняем обстановку, сохраняя первоначальную структуру — то есть свойства взрослых нейронов, которые нужно изучить».
Возможность превращать клетки кожи в клетки других типов, например, в нейроны, поможет лучше понять механизм заболеваний и найти новые способы восстановления повреждённых тканей и органов.
Чтобы превратить клетки кожи в двигательные нейроны, исследователи подвергли клетки воздействию сигнальных молекул, которые обычно присутствуют в мозге в больших количествах. Прошлые исследования показали, что воздействие двух молекул микроРНК (miR-9 и miR-124) превращает клетки в нейроны.
В ходе новой работы учёные тщательно изучили процесс изменения, так как их интересовало, как можно получить нейроны определённого типа. Они обнаружили, что участвующие в этом гены включаются только в том случае, если присутствует определённое сочетание молекул. После множества экспериментов с различными сочетаниями учёные установили, что если добавить к уже имеющейся композиции ещё два фактора транскрипции (ISL1 и LHX3), то примерно через 30 дней клетки кожи превращаются в двигательные нейроны спинного мозга.
Согласно сообщению доктора Ю и его соавторов, сочетание сигналов — микроРНК miR-9 и miR-124 плюс факторы транскрипции ISL1 и LHX3 — приказывает клетке остановить процессы, характерные для клеток кожи, и развернуть процессы, типичные для моторных нейронов.
В ходе одного из предыдущих исследований команда доктора Ю выяснила, что сочетание тех же микроРНК и других факторов транскрипции превращает клетки кожи в другие нейроны — срединные шипиковые нейроны стриатума, которые гибнут при болезни Хантингтона.
Учёные сказали, что в опытах на мышах выращенные моторные нейроны по свойствам и функциональности сравнимы с обычными. Но трудно сказать, так ли это с нейронами человека. Нужны дополнительные исследования образцов нейронов, полученных у пациентов, завещавших тело науке.