Невозможность заставить стволовые клетки крови человека или гематопоэтические стволовые клетки (HSC) самообновляться в лаборатории сдерживает прогресс в лечении лейкемии и других заболеваний крови.
Теперь новое исследование, проведенное в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA), предполагает, что ответ может заключаться в конкретном белке, активация которого может значительно расширить HSC в культуре.
Команда UCLA обнаружила, что белок под названием MLLT3 является ключевым регулятором функции HSC. Белок присутствует на высоком уровне в HSC человеческих плодов, новорожденных и взрослых. Однако культивируемые HSC имеют низкий уровень MLLT3.
В недавней статье “Nature” исследователи сообщают, что манипулирование геном, ответственным за создание белка, привело к «более чем 12-кратному расширению трансплантируемых» HSC.
Старший автор исследования — Ханна К. А. Миккола, профессор молекулярной, клеточной биологии и онтогенетики в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Она изучает HSC более 20 лет.
«Хотя мы многое узнали о биологии этих клеток за многие годы, — говорит Миккола, — осталась одна ключевая проблема: заставить HSC самообновляться в лаборатории».
«Мы должны преодолеть это препятствие, чтобы продвинуть процесс вперед», — добавляет она.
HSC нужны мощные способности к самовоспроизводству
Все ткани и клетки организма полагаются на клетки крови для питания и защиты. Чтобы выполнить такую неустанную и обременительную задачу, клетки крови должны быть в состоянии пополнить себя. У взрослых клетки крови и кожи имеют наибольшую способность пополнения из любой ткани.
Работа по созданию новых клеток крови ложится на HSC. Каждый день человеческое тело вырабатывает миллиарды новых клеток крови благодаря HSC, которые также вырабатывают иммунные клетки.
HSC находятся в костном мозге, где они самообновляются и созревают в различные типы крови и иммунные клетки.
Людям с определенными заболеваниями крови или иммунной системы, такими как лейкемия, необходимы свежие запасы HSC для создания новых клеток. В течение десятилетий врачи использовали пересадку костного мозга, чтобы увеличить их поставки.
Тем не менее, существуют ограничения в размерах, в пределах которых трансплантаты костного мозга могут предложить решение. Например, не всегда возможно найти подходящего донора, или тело получателя может отклонить трансплантированные клетки.
Другая проблема, которая может возникнуть, заключается в том, что количество трансплантированных HSC может быть недостаточным для генерирования достаточного количества крови или иммунных клеток для лечения заболевания.
Проблема с культивируемыми HSC
Ученые пытались культивировать HSC в лаборатории в качестве альтернативы трансплантации костного мозга. Однако различные попытки трансплантировать культивируемые HSC натолкнулись на общую проблему: HSC, которые ученые удалили из костного мозга, вскоре теряют способность к самообновлению в культуре.
Как только HSC теряют способность делать новые копии самих себя, единственное будущее, которое у них есть, это либо дифференцироваться в специализированные клетки, либо умереть.
Для нового исследования профессор Миккола и ее команда изучили, что случилось с генами, когда HSC потеряли способность к самообновлению в лаборатории.
Они увидели, что некоторые гены отключились, когда это произошло. Выключенные гены варьировались в зависимости от типов клеток, которые образовывали HSC.
Чтобы поближе взглянуть, команда создала HSC-подобные клетки из взрослых плюрипотентных стволовых клеток, которые не могли самореплицироваться, а затем наблюдала их активность гена.
Этот эксперимент показал, что существует сильная связь между способностью самообновления HSC и активностью гена MLLT3.
Активный MLLT3 является необходимым условием
Кажется, что высокая экспрессия MLLT3 обеспечивает обильную поставку его белка, который несет инструкции, необходимые для самообновления HSC.
Протеин помогает оборудованию HSC продолжать работать, пока клетка копирует себя.
Дальнейшие эксперименты показали, что вставка активного гена MLLT3 в ядра HSC в лабораторной культуре увеличивает их способность к самовоспроизводству в 12 раз.
Другие исследования, в которых пытались заставить HSC самообновляться в культуре, использовали маленькие молекулы. Однако у профессора Миккола и ее команды возникли проблемы с таким подходом.
Они обнаружили, что клетки не могли поддерживать уровни белка MLLT3, и они работали плохо, когда команда пересадила их мышам.
Сочетание двух методов
Исследователи обнаружили, что сочетание метода малых молекул с активацией гена MLLT3 приводит к образованию HSC, которые должным образом интегрируются в костный мозг у мышей.
Эти HSC также продуцировали все правильные типы клеток крови и сохраняли способность к самообновлению.
Обеспокоенность ученых по поводу производства перевиваемых HSC в лаборатории заключается в том, чтобы они работали правильно, как только попадают в организм.
HSC должны быть способны к самовоспроизведению в нужном темпе, и они не должны приобретать мутации, которые могут привести к таким заболеваниям, как лейкемия.
По-видимому, обеспечение стабильных уровней белка MLLT3 отвечает этим требованиям.
В настоящее время исследователи работают над методами более безопасного и простого манипулирования MLLT3.
