«Наивное состояние потенциально обладает большей способностью генерировать различные типы тканей и может иметь множество применений в регенеративной медицине», — говорит старший автор Джозеф Эккер, профессор и директор лаборатории геномного анализа Солка и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. Работа была опубликована в сети 14 июля 2016 года в Cell Stem Cell.В то время как стволовые клетки — клетки, которые могут дифференцироваться в другие типы клеток — существуют у взрослых людей, наиболее полезными стволовыми клетками являются те, которые обнаруживаются в эмбрионах, которые являются плюрипотентными, способными стать практически любой клеткой в организме. Исследователи разработали коктейли из молекул, которые поворачивают время вспять для взрослых клеток, заставляя их действовать как стволовые клетки (так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки или ИПСК), а также получили культивированные линии стволовых клеток, полученные непосредственно из эмбрионов (ЭСК).
Формулируются новые методы, чтобы уговорить «примированные» ЭСК, которые больше напоминают клетки постимплантационных эмбрионов, вернуться во времени еще больше, чтобы они напоминали наивные стволовые клетки, обнаруженные в доимплантационных эмбрионах только через несколько дней после оплодотворения. Наивные стволовые клетки — это чистые листы, которые составляют основу не только всех клеток человеческого тела, но и клеток, составляющих плаценту и поддерживающих эмбрион.«По нашему мнению, большинство опубликованных протоколов создания так называемых наивных стволовых клеток неубедительны, потому что они производят клетки, которые очень похожи на исходные клетки — нет большой разницы в экспрессии генов», — говорит соавтор исследования Рудольф.
Джениш из Института биомедицинских исследований Уайтхеда и Массачусетского технологического института.Эккер, тесно сотрудничавший с Яенишем и другими сотрудниками из Уайтхеда и Федеральной политехнической школы Лозанны, хотел посмотреть, действительно ли эти новые методы, направленные на стимулирование состояния наивных стволовых клеток, делают это. Они провели серию молекулярных тестов на «примированных» клетках и ESC, которые подверглись воздействию факторов, которые, как считается, вызывают наивность.
Они оценили состояние двух ЭСК, сравнив их молекулярные свойства и клетки на разных стадиях эмбрионального развития из предыдущих исследований.Они обнаружили, что три основных теста в наибольшей степени показали разницу между наивными стволовыми клетками и другими стволовыми клетками, что позволило им правильно разместить каждую линию ЭСК на этой временной шкале. Во-первых, они измерили уровни экспрессии транспозонов, последовательностей ДНК, которые могут перемещаться по геному. Они обнаружили, что экспрессия некоторых транспозонов свидетельствует о наивных стволовых клетках.
Затем они обнаружили, что геномы наивных эмбриональных стволовых клеток имеют меньшее метилирование — добавление метильных химических групп вдоль ДНК. Затем они изучили состояние Х-хромосом в наивных клетках женских эмбрионов, каждая из которых содержит две активные Х-хромосомы, в отличие от более зрелых эмбриональных клеток, которые заставили замолчать одну Х-хромосому.
В совокупности эти три теста включают десятки тысяч генетических биомаркеров, чтобы охарактеризовать состояние развития стволовых клеток, — говорит соавтор исследования Дидье Троно из Федеральной политехнической школы Лозанны. «Этот тип анализа, вероятно, станет золотым стандартом для контроля качества стволовых клеток, включая индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, независимо от того, будут ли они использоваться исключительно в исследованиях или предусмотрены для клинического применения», — говорит он.Когда существующие методы создания наивных стволовых клеток в лаборатории были оценены с использованием трех тестов, каждый из них не смог имитировать наивные эмбриональные клетки по-разному. Один новый метод, например, привел к клеткам, которые имели две активные Х-хромосомы, но не соответствовали точным желаемым паттернам метилирования.
«Это действительно было сравнение существующих методов, применение одинаковых критериев к каждому методу и определение состояния каждой ячейки», — говорит Экер. «Некоторые из этих клеток оказались в более ранних состояниях, а некоторые — в более поздних».Торольд Теуниссен, научный сотрудник лаборатории Яениша и соавтор исследования, говорит: «Наша работа обеспечивает строгий набор критериев для сравнения наивных стволовых клеток человека с их аналогами в раннем эмбрионе человека. Предыдущие исследования в основном основывались на сравнении с стволовые клетки мыши, которые сильно отличаются от человеческих ».
Ученые надеются, что другие исследовательские группы примут их критерии для оценки своих собственных методов и клеточных линий. «Профили транспозонов и метилирования довольно стандартны с точки зрения техники и протокола, поэтому в других лабораториях довольно легко повторить эксперимент, например, на наивных клетках по недавно разработанному методу», — говорит Юпэн Хе, аспирант Эккерского университета. лаборатория, которая помогала вести работу.