Перепрограммирование клеток

Синъи Яманаки виртуозно поработал со стволовыми клетками.
Фото Reuters

Нобелевская премия по физиологии и медицине в 2012 году присуждена за работы по перепрограммированию дифференцированных взрослых клеток в плюрипотентные – то есть за своего рода перевод их назад в эмбриональное состояние.

Премия досталась британцу Джону Гёрдону из кембриджского Гёрдоновского института и японцу Синъи Яманаки из Института сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона в Сан-Франциско и Киотского университета.

Открытие того, что клетки могут быть возвращены в исходное состояние и затем заново дифференцироваться в клетки уже иного типа, потенциально открывает дорогу к регенеративной медицине, позволяя осуществлять замену тканей для поврежденных или больных органов. В настоящее время эта область считается одной из самых прорывных в биологии, хотя открытия нынешних лауреатов вызывали и вызывают немалые споры и сомнения в плане применимости к лечению реальных заболеваний (и в этом смысле отнесение их к медицинской тематике довольно условно).

Гёрдон, который в Великобритании уже был удостоен небывалой чести и работает теперь в институте своего имени в Кембридже, в работе, опубликованной пятьдесят лет назад, впервые сумел продемонстрировать саму возможность перепрограммирования клеток. В то время клеточная специализация считалась необратимым процессом – дорогой в один конец. Гёрдон опроверг эту догму после длительных экспериментов на шпорцевых лягушках (Xenopus laevis). Он удалял ядра из яйцеклеток лягушек и заменял их ядрами дифференцированных клеток эпителия кишечника головастиков того же вида. В некоторых случаях это позволяло обратить вспять процесс дифференциации, «перепрограммировав» таким образом внутри яйцеклетки ядро головастика, которое брало на себя управление развитием нового нормального организма.

Эти свои исследования Гёрдон выполнял, будучи еще аспирантом в Оксфордском университете. После получения докторской степени в 1960 году он продолжил научную карьеру в качестве постдока в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене (США), оставив своих лягушек в Европе, и опубликовал соответствующую статью лишь спустя два года после получения докторской степени, когда убедился, что в результате его экспериментов действительно рождаются здоровые животные (так как был полон скептицизма в отношении этой работы).

Прошло почти 35 лет, прежде чем Ян Вилмут и Кейт Кэмпбелл в Рослинском институте в Шотландии наконец осуществили первое клонирование млекопитающего схожим образом – овечки Долли, родившейся в 1996 году.

Джон Гёрдон в 80 лет полон творческих планов. Фото Reuters

Разъяснение смысла молекулярных процессов, приводящих к перепрограммированию клеток, и открытие новых перспектив связаны уже с именем второго нобелевского лауреата нынешнего года, Синъи Яманаки из Киотского университета, который родился в тот самый год, когда Гёрдон опубликовал свою знаменитую статью (самому Гёрдону в следующем году исполнится 80 лет, но он продолжает активно трудиться). Яманаки вместе со своими коллегами работал с клетками мыши и старался идентифицировать гены, которые экспрессировались в незрелых эмбриональных клетках, а затем проверял, действительно ли эти гены могут перепрограммировать зрелые клетки таким образом, чтобы сделать их плюрипотентными.

В 2006 году на заседании Международного общества по исследованиям стволовых клеток в Торонто (Канада) прозвучал доклад Яманаки, где он привел удивительно простой рецепт: активации всего лишь четырех генов (репрограммирующих факторов) достаточно для того, чтобы превратить взрослые, уже дифференцированные клетки, называемые фибробластами (взятые из мышиной кожи), обратно в плюрипотентные стволовые клетки. Из таких индуцированных плюрипотентных стволовых клеток можно получать разные типы зрелых клеток, включая клетки кожи, нейроны головного мозга и клетки сердечной мышцы.

Работа Яманаки вызвала большое воодушевление и у тех ученых, политических и религиозных деятелей, что озабочены этической стороной манипуляций с эмбрионами, которые до японской работы воспринимались как единственный и безальтернативный источник стволовых клеток. Однако нет пока полной ясности с тем, чем именно «перепрограммированные» (путем активации генов) клетки отличаются от тех плюрипотентных клеток, что содержатся в эмбрионах, и как эти различия могут повлиять на будущие медицинские применения.