Перепрограммирование зрелых клеток в стволовые связали со свободными радикалами

Американские ученые обнаружили один из ключевых факторов, ответственных за перепрограммирование зрелых соматических клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC). Им оказался оптимальный баланс активных форм кислорода (АФК, ROS) на разных стадиях клеточной трансформации. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Reports.

При перепрограммировании соматических клеток метаболизм переключается с окислительного фосфорилирования на гликолиз. У iPSC меньше митохондрий, они синтезируют меньше АТФ и лучше развиваются при низком уровне кислорода. Соответственно, они синтезируют меньше АФК (свободнорадикальных молекул с высокой реакционной способностью, которые образуются в процессе тканевого дыхания, обладают повреждающим действием на ДНК и другие макромолекулы, но, в то же время, являются медиаторами некоторых сигнальных путей в клетке). Также iPSC более чувствительны к вызываемому АФК апоптозу (естественной гибели).

Сотрудники Методистского исследовательского института Хьюстона получили iPSC из фибробластов мышиных эмбрионов и проанализировали в них метаболизм АФК. Выяснилось, что на ранних стадиях перепрограммирования (на второй день) в клетках под влиянием универсального транскрипционного фактора NF-κB в десятки раз повышается экспрессия ферментов семейства Nox (никотинадениндинуклеотидфосфатоксидаз, НАДФ-оксидаз), которые отвечают за образование АФК. Соответственно, уровень АФК в это время также оказался значительно повышен.

В процессе созревания iPSC (к шестому дню) уровень Nox и АФК постепенно возвращается к нормальному уровню. Одновременно возрастает экспрессия антиоксидантных генов супероксиддисмутаз (SOD1/2) и глутатионпероксидазы (Gpx), нейтрализующих свободные радикалы. В результате этого в зрелых iPSC уровень АФК снижается вдвое по сравнению с исходными фибробластами.

Исследователи провели серию экспериментов, в ходе которых они снижали и повышали уровни АФК в перепрограммируемых клетках фармакологическими и генетическими методами. Выяснилось, что как увеличенная, так и уменьшенная концентрация АФК приводили к существенному (до 50 процентов) снижению количества iPSC в культуре. Таким образом, поддержание оптимального баланса АФК и его динамики в процессе трансформации клеток играет ключевую роль в получении iPSC.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут развиваться в различные виды клеток организма аналогично эмбриональным стволовым клеткам, что делает их незаменимыми при разработке разных видов клеточной терапии. За создание технологии их получения Джон Гердон и Синъя Яманака в 2012 году получили Нобелевскую премию.

Олег Лищук