Naukowcy tworzą pierwsze komórki macierzyste przy użyciu aktywacji genomu CRISPR

Aktywacja pojedynczego genu jest wystarczająca do zmiany komórek skóry w komórki macierzyste.

W pierwszej kolejności naukowcy z Gladstone Institutes przekształcili komórki skóry z myszy w komórki macierzyste poprzez aktywację specyficznego genu w komórkach przy użyciu technologii CRISPR. Innowacyjne podejście oferuje potencjalnie prostszą technikę wytwarzania cennego typu komórek i zapewnia ważne informacje na temat procesu przeprogramowania komórki.

“Jest to nowy sposób na indukowanie pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zasadniczo różnią się od tego, w jaki sposób zostały stworzone wcześniej”, powiedział autor Sheng Ding, starszy pracownik naukowy w Gladstone. “Na początku badania nie myśleliśmy, że to zadziała, ale chcieliśmy przynajmniej spróbować odpowiedzieć na pytanie: czy można przeprogramować komórkę tylko poprzez odblokowanie określonej lokalizacji genomu? Odpowiedź brzmi: tak. “

Pluripotencjalne komórki macierzyste można przekształcić w praktycznie dowolny typ komórek w ciele. W rezultacie są one kluczowym zasobem terapeutycznym w obecnie nieuleczalnych stanach, takich jak niewydolność serca, choroba Parkinsona i ślepota. Zapewniają również doskonałe modele do badania chorób i ważnych narzędzi do testowania nowych leków w ludzkich komórkach.

W roku 2006 dr Gladstone Senior Investigator Shinya Yamanaka odkrył, że może wytwarzać komórki macierzyste – dubbingowane indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) – poprzez traktowanie zwykłych komórek skóry czterema kluczowymi białkami. Te białka, zwane czynnikami transkrypcyjnymi, działają poprzez zmianę, które geny ulegają ekspresji w komórce, wyłączając geny związane z komórkami skóry i włączając geny związane z komórkami macierzystymi.

Opierając się na tych pracach, Ding i inni wcześniej stworzyli iPSC nie z czynnikami transkrypcyjnymi, ale dodając koktajl chemikaliów do komórek. Ostatnie badanie, opublikowane w Cell Stem Cell, oferuje trzeci sposób przekształcania komórek skóry w komórki macierzyste poprzez bezpośrednie manipulowanie genomem komórek za pomocą technik regulacji genów CRISPR.

“Posiadanie różnych opcji tworzenia iPSC przyda się, gdy naukowcy napotkają wyzwania lub trudności z jednym podejściem” – powiedział Ding, który jest również profesorem chemii farmaceutycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco. “Nasze podejście może prowadzić do prostszej metody tworzenia iPSC lub może być użyte do bezpośredniego przeprogramowania komórek skóry na inne typy komórek, takie jak komórki serca lub komórki mózgowe.”

CRISPR to potężne narzędzie, które może precyzyjnie manipulować genomem, celując w unikalną sekwencję DNA. Ta sekwencja DNA jest następnie trwale usuwana lub zastępowana, lub jest tymczasowo włączona lub wyłączona.

Zespół Dinga zajął się dwoma genami, które ulegają ekspresji tylko w komórkach macierzystych i które są integralną częścią pluripotencji: Sox2 i Oct4. Podobnie jak czynniki transkrypcyjne, geny te włączają inne geny komórek macierzystych i wyłączają te związane z różnymi typami komórek.

Naukowcy odkryli, że dzięki CRISPR mogą aktywować Sox2 lub Oct4, aby przeprogramować komórki. W rzeczywistości wykazali, że celowanie w pojedyncze miejsce w genomie wystarczyło, by wywołać naturalną reakcję łańcuchową, która doprowadziła do przeprogramowania komórki w iPSC.

Dla porównania, zwykle stosuje się cztery czynniki transkrypcyjne do tworzenia iPSC z użyciem oryginalnej metody. Co więcej, jeden czynnik transkrypcyjny zazwyczaj atakuje tysiące genomowych lokalizacji w komórce i zmienia ekspresję genów w każdej lokalizacji.

“Fakt, że modulowanie jednej strony jest wystarczające, jest bardzo zaskakujący” – powiedział Ding. “Teraz chcemy zrozumieć, jak cały ten proces rozprzestrzenia się z jednej lokalizacji do całego genomu.”

Żródło:

Materials provided by Gladstone Institutes.