Отказ от использования эмбрионов в пользу перепрограммирования клеток взрослого организма может быть не слишком удачным решением. Молекулярные генетики из США показали, что изменённые клетки полностью к эмбриональному состоянию не возвращаются.

Рис. 1. Так называемые индуцированные плюрипотентные
стволовые клетки (iPS cells), впервые полученные в 2006 году,
обладают генетической памятью о своём происхождении
(фото James Thomson/UW-Madison).

Напомним, что эмбриональные стволовые клетки (ES cells) могут быть конвертированы в клетки любого типа. Это способность делала перспективным их применение в качестве «прародителей» искусственных органов, а также использование в новых методах лечения и тестировании последних фармакологических разработок.

Однако вскоре после появления новой технологии уничтожение эмбрионов ради получения этих «клеток Грааля» было признано неэтичным почти во всём мире.

На смену ES-клеткам генетики создали iPS-клетки, которые по всем параметрам не отличались от эмбриональных и даже позволили вырастить из притворяющихся клеток животное.

Но через некоторое время в ДНК перепрограммированных клеток мышей были найдены «малоэффективные» группы генов.

Рис. 2. По мере роста организма и дифференциации (самоопределения) клеток активируются одни гены и инактивируются другие. Учёные запускают экспрессию «выключенных» генов, чтобы сделать взрослые клетки снова молодыми (иллюстрация Kumamoto University).

Теперь же команда исследователей под руководством Джозефа Экера (Joseph Ecker) из института Солка утверждает, что и у человека перепрограммированные клетки ведут себя не так, как эмбриональные стволовые, а именно, что они «помнят», кем были раньше.

Учёные проанализировали процессы метилирования ДНК в геномах 15 линий клеток разных типов. Среди них были эмбриональные стволовые клетки человека, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и клетки тканей, из которых они были взяты, а также дифференцированные (определившиеся со своими функциями) клетки взрослого организма, полученные из обоих типов стволовых клеток.

Оказалось, что характер эпигенетических изменений (они влияют на экспрессию генов, но не изменяют последовательности нуклеотидов в ДНК) в iPS-клетках всё-таки отличается от такового у ES-клеток. То есть полного возвращения к эмбриональному состоянию не происходит.

Рис. 3. Эпигенетическое наследование может играть огромную роль в жизни организмов. На этот счёт существует масса теорий. Мы рассказывали об одной из них. На снимке: мыши-клоны, обладающие одними и теми же генами, но разными эпигенетическими маркерами (фото Emma Whitelaw/University of Sydney).

В статье, вышедшей в журнале Nature, учёные пишут, что метилирование ДНК на концах и в центрах хромосом iPS-клеток человека похоже на процессы, происходящие во взрослых тканях, источниках этих перепрограммированных клеток.

У эмбриональных клеток ничего такого по определению нет. Пока не ясно, сказывается ли это отличие на способности индуцированных плюрипотентных клеток к формированию тканей любого типа. Но уж точно их теперь нельзя назвать полной заменой ES-клеткам человека.

Кстати, ранее такие отличия в процессах метилирования находили и в стволовых клеток мышей (1 и 2), однако от них удалось избавиться. Но никакие ухищрения пока не позволяют избавиться от эпигенетических маркеров у iPS-клеток человека.

Рис. 4. «Если iPS-клетки были получены из подкожного жира, то мы видим, что они „помнят“, что когда-то они были именно адипоцитами», – говорит профессор Экер (на снимке в центре) (фото Ecker Lab).

Тем временем, Nature подливает ещё больше масла в огонь, отмечая, что и притворяющиеся молодыми клетки, и их эмбриональные «собратья» могут не подойти в качестве хорошей модели заболевания, а также не могут быть использованы для лечения болезней.

Всё потому, что оба типа обладают геномными аномалиями. ES-клетки носят в своём геноме дубликаты кусков ДНК, отвечающих за самообновление, а перепрограммированные клетки содержат больше генов, вызывающих рак, и меньше генов-подавителей опухолей (tumour-suppressor gene). Возможно, это результат того, что размножение линий клеток проводится вне организма, в неестественных для них условиях.

Общий неутешительный вывод таков: никто из учёных сейчас не сможет спрогнозировать, как обнаруженные различия повлияют на органы, ткани и организм в целом, а также к каким последствиям приведёт использование и внедрение перепрограммированных клеток.

Результаты исследований опбликованы в статье:

Ryan Lister, Mattia Pelizzola, Yasuyuki S. Kida, R. David Hawkins, Joseph R. Nery, Gary Hon, Jessica Antosiewicz-Bourget, Ronan O’Malley, Rosa Castanon, Sarit Klugman, Michael Downes, Ruth Yu, Ron Stewart, Bing Ren, James A. Thomson, Ronald M. Evans & Joseph R. Ecker Hotspots of aberrant epigenomic reprogramming in human induced pluripotent stem cells.  – Nature. – 2011. – doi:10.1038/nature09798; Published online 02 February 2011.