Ученые из Калифорнийского университета обнаружили связь между белком и способностью стволовых клеток крови человека к самообновлению. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature, команда сообщает, что активация белка заставляет стволовые клетки крови самообновляться по меньшей мере в 12 раз в лабораторных условиях.

Умножение стволовых клеток крови в условиях вне человеческого организма может значительно улучшить возможности лечения рака крови, такого как лейкемия, и многих наследственных заболеваний крови.

Д-р. Ханна Миккола, член Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и старший автор исследования, изучала стволовые клетки крови более 20 лет.

Хотя за многие годы мы многое узнали о биологии этих клеток, осталась одна ключевая проблема: самообновление стволовых клеток крови человека в лаборатории. Мы должны преодолеть это препятствие, чтобы продвинуть поле вперед ».

Д-р. Ханна Миккола, старший автор исследования

Стволовые клетки крови, также известные как гемопоэтические стволовые клетки, обнаруживаются в костном мозге, где они самообновляются, а также дифференцируются, создавая все типы клеток крови. Трансплантации костного мозга использовались в течение десятилетий для лечения людей с некоторыми заболеваниями крови или иммунной системы. Тем не менее, пересадка костного мозга имеет существенные ограничения: поиск совместимого донора костного мозга не всегда возможен, иммунная система пациента может отторгать чужеродные клетки, и количество трансплантированных стволовых клеток может быть недостаточно для успешного лечения заболевания.

Когда стволовые клетки крови извлекаются из костного мозга и помещаются в лабораторные чашки, они быстро теряют способность к самообновлению и либо умирают, либо дифференцируются в другие типы клеток крови. Цель Микколы, которая заключается в самообновлении стволовых клеток крови в контролируемых лабораторных условиях, открыла бы множество новых возможностей для лечения многих заболеваний крови -; среди них более безопасная генная инженерия собственных стволовых клеток крови. Это также может позволить ученым производить стволовые клетки крови из плюрипотентных стволовых клеток, которые способны создавать клетки любого типа в организме.

Чтобы выяснить, что заставляет стволовые клетки крови самообновляться в лаборатории, исследователи проанализировали гены, которые выключаются, когда стволовые клетки крови человека теряют способность к самообновлению, отмечая, какие гены выключаются, когда стволовые клетки крови дифференцируются в специфические кровяные клетки, такие как белые или красные клетки. Затем они помещают стволовые клетки крови в лабораторные чашки и наблюдают, какие гены отключаются. Используя плюрипотентные стволовые клетки, они сделали клетки, подобные стволовым клеткам крови, у которых отсутствовала способность к самообновлению, и следили за тем, какие гены не были активированы.

Они обнаружили, что экспрессия гена, называемого MLLT3, тесно связана с потенциалом стволовых клеток крови к самообновлению, и что белок, генерируемый геном MLLT3, обеспечивает стволовые клетки крови инструкциями, необходимыми для поддержания его способности к самовосстановлению. обновить. Это достигается за счет работы с другими регуляторными белками, чтобы важные части механизма стволовых клеток крови работали при делении клеток.

Исследователи задавались вопросом, будет ли поддержание уровня белка MLLT3 в стволовых клетках крови в лабораторных чашках достаточным для улучшения их самообновляющихся способностей. Используя вирусный вектор -; специально модифицированный вирус, который может нести генетическую информацию в ядро ​​клетки, не вызывая заболевания; Команда вставила активный ген MLLT3 в стволовые клетки крови и обнаружила, что функциональные стволовые клетки крови способны размножаться в лабораторных чашках по меньшей мере в двенадцать раз

.

«Если мы думаем о количестве стволовых клеток крови, необходимых для лечения пациента, это значительное число», – сказал Миккола, который также является профессором молекулярной, клеточной и биологии развития в колледже Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и членом UCLA Jonsson Комплексный онкологический центр. «Но мы не просто фокусируемся на количестве; мы также должны гарантировать, что созданные в лаборатории стволовые клетки крови могут продолжать функционировать должным образом, делая все типы клеток крови при пересадке».

Другие недавние исследования идентифицировали малые молекулы -; органические соединения, которые часто используются для создания фармацевтических препаратов; которые помогают размножать стволовые клетки крови человека в лаборатории. Когда команда Микколы использовала маленькие молекулы, они заметили, что самообновление стволовых клеток крови в целом улучшилось, но клетки не могли поддерживать надлежащие уровни MLLT3, и они также не функционировали так же хорошо, когда их трансплантировали мышам.

«Предыдущие открытия с малыми молекулами очень важны, и мы опираемся на них», – сказал Винченцо Кальванезе, ученый проекта UCLA и соавтор исследования. «Наш метод, который подвергает стволовые клетки крови воздействию небольших молекул, а также вставляет активный ген MLLT3, создает стволовые клетки крови, которые хорошо интегрируются в костный мозг мыши, эффективно продуцирует все типы клеток крови и поддерживает их способность к самообновлению».

Важно, что MLLT3 заставлял стволовые клетки крови самообновляться с безопасной скоростью; они не приобрели каких-либо опасных характеристик, таких как чрезмерное размножение или мутация и образование аномальных клеток, которые могут привести к лейкемии.

Следующие шаги для исследователей включают определение того, какие белки и элементы в ДНК стволовых клеток крови влияют на выключатель для MLLT3, и как это можно контролировать с помощью ингредиентов в лабораторных чашках. Обладая этой информацией, они могли бы потенциально найти способы включения и выключения MLLT3 без использования вирусного вектора, что было бы более безопасно для использования в клинических условиях.