Отличительной чертой живых организмов является способность к постоянному самовосстановлению — регенерации. Это понятие включает не только восстановление организмом утраченных частей тела и органов, но также и не столь заметные, но не менее важные процессы обновления тканей и клеток. Постоянную замену изношенным тканям обеспечивают стволовые клетки [1–4].

Однако с возрастом способность организма к регенерации тканей понижается. Это обусловлено множеством причин, в числе которых:

1. накопление в организме старых клеток, выделяющих токсины, которые ингибируют пролиферацию стволовых клеток [5];
2. снижение с возрастом количества стволовых клеток из-за возрастного ингибирования генов, поддерживающих их способность к размножению [5];
3. понижение способности стволовых клеток старого организма активировать регенерацию других клеток, что делает малоэффективным лечение пожилых пациентов путем клеточной терапии их собственными стволовыми клетками [6].

В опытах на крысах показано, что старые стволовые клетки теряют способность дифференцироваться в некоторые типы клеток (например, в кардиомиоциты); кроме того, они выделяют значительно меньшее количество ростовых факторов, в связи с чем падает их способность влиять на регенерацию путем паракринной стимуляции [7]. Поэтому для борьбы с заболеваниями старческого возраста было бы идеальным разработать методы, которые позволят омолодить собственные клетки пожилых людей.

Выяснилось, что омолодить клетки позволяет перепрограммирование соматических клеток человека в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Особенностью ИПСК является то, что они, подобно эмбриональным стволовым клеткам (ЭСК), способны дифференцироваться в различные типы клеток. Помимо универсальности, важным преимуществом ИПСК является то, что они могут быть получены из клеток взрослого организма (например, из клеток кожи или фибробластов) [3], [10]. Это позволяет брать клетки для клеточной терапии у самого пациента и таким образом избежать многих проблем, связанных с поиском доноров и вопросами этики, ограничивающих использование человеческих эмбрионов в качестве доноров.

Перепрограммирование соматических клеток в ИПСК приводит к их омоложению, о чем свидетельствует целый ряд показателей, например, восстановление длины теломеров — концевых участков хромосом, состоящих из коротких, следующих друг за другом повторов. У всех позвоночных эти повторы состоят из шести нуклеотидов TTAGGG. В каждом цикле репликации теломеры укорачиваются из-за особенностей ДНК-полимеразы — она не способна синтезировать копию ДНК до самого конца. Укорачивание теломер вызывает репликативное старение, так как со временем длина теломер на концах хромосом достигает критически малой длины, и деление клетки блокируется.

Выяснилось, что перепрограммирование приводит к удлинению теломеров и их нормальному укорочению по мере дифференцировки ИПСК обратно в фибробласты [8]. Таким образом, при индуцированной плюрипотенции восстанавливается эмбриональная длина теломеров, а значит, увеличивается потенциальное число делений клетки, ограниченное так называемым лимитом Хейфлика.

Следует, однако, отметить, что ни ЭСК, ни ИПСК пока нельзя использовать в лечебных целях, так как, в отличие от эндогенных «взрослых» стволовых клеток организма, эти онтогенетически молодые клетки потенциально способны дать начало опухоли — так называемой тератоме, — свидетельствующей о том, что такие плюрипотентные клетки не всегда способны органично интегрироваться во взрослый организм. Если, однако, поместить ИПСК в ранний зародыш млекопитающего (на стадии бластоцисты), то они органично включаются в состав клеточной массы, и из такого эмбриона развивается нормальное животное [13]. Во взрослом же организме даже после дифференцировки стволовых клеток в соматические существует опасность их перерождения в раковые клетки [14].

В этой связи для непосредственного использования в регенеративной медицине пока подходят только мезенхимальные стволовые клетки (МСК). В отличие от онтогенетически молодых эмбриональных стволовых клеток или ИПСК, они не воспринимаются организмом взрослого человека как «чужаки», против которых необходимо мобилизовать иммунную систему, так как за время развития организма к ним развивается иммунологическая толерантность. Кроме того, они обычно не образуют тератом и не способны включиться в состав эмбриона [15]. Способность этих клеток существовать во взрослом организме, оставаясь плюрипотентными, может быть отчасти связана с их способностью влиять на функционирование иммунных клеток — они подавляют реакцию отторжения. Хотя возможно и то, что они каким-то образом подавляют морфогенетические сигналы со стороны окружающих их клеток или реагируют на них особым образом. Предполагается, что это связано с уникальным характером метилирования ДНК на участках, принадлежащих некоторым онтогенетически важным генам.

Все описанное выше справедливо, если пациент еще относительно молод — его клетки хорошо дедифференциируются в ИПСК. Однако чаще всего клеточная терапия требуется именно пожилым людям, а до недавнего времени считалось, что для перепрограммирования в ИПСК годятся только соматические клетки, полученные от пациентов не старше 60 лет.

И вот недавно французским исследователям группы Жан-Мари Лемайтра удалось подобрать состав перепрограммирующих факторов, позволяющий получать ИПСК от 70–100 летних пациентов [9]. Для этого исследователи добавили к стандартному набору четырех транскрипционных факторов Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc, используемых для получения ИПСК из клеток кожи молодых доноров [3], [10], еще два. Это ген белка NANOG и фактор Lin28, который блокирует созревание микроРНК let-7. Последние играют ключевую роль в подавлении регенерации и в активации клеточного старения, подавляя c-Myc, а также регулируя синтез факторов RAS (Ras GTPases) — эволюционно консервативный сигнальный путь регуляции старения [11]. Важно отметить, что вызываемая Lin28 блокировка созревания микроРНК let-7 может спровоцировать онкогенез [12].

Исследование ИПСК, полученных с использованием «коктейля» из этих шести факторов, показало, что клетки даже очень старых людей могут быть «омоложены» путем перепрограммирования в функционально активные ИПСК. Они были практически идентичны ЭСК человека и были способны к неограниченному делению и дифференциации в клетки любого типа.

Таким образом, доказано, что возраст не является непреодолимым препятствием для перепрограммирования соматических клеток в ИПСК. Теперь необходимо изучить пути «правильной» дифференцировки ИПСК, исключающие возможность их трансформации в опухолевые, и способы превращения ИПСК во взрослые стволовые клетки организма. После решения этих и других технических вопросов надежды на вечную молодость могут из сказки превратиться в быль.

Литература

1. Ствол и ветки: стволовые клетки;
2. Снежный ком проблем с плюрипотентностью;
3. Была клетка простая, стала стволовая;
4. Щадящие стволовые клетки;
5. Darren J. Baker, Tobias Wijshake, Tamar Tchkonia, Nathan K. LeBrasseur, Bennett G. Childs, et. al.. (2011). Clearance of p16Ink4a-positive senescent cells delays ageing-associated disorders. Nature. 479, 232-236;
6. Ефименко А.Ю., Старостина Е.Е., Калинина Н.И., Парфенова Е.В. (2011). Влияние возраста на ангиогенные свойства мезенхимальных стволовых клеток жировой ткани. «Клеточная трансплантология и тканевая инженерия». VI, 48–57;
7. Faizal Z Asumda, P Bryant Chase. (2011). Age-related changes in rat bone-marrow mesenchymal stem cell plasticity. BMC Cell Biol. 12;
8. Shiran Yehezkel, Annie Rebibo-Sabbah, Yardena Segev, Maty Tzukerman, Rony Shaked, et. al.. (2011). Reprogramming of telomeric regions during the generation of human induced pluripotent stem cells and subsequent differentiation into fibroblast-like derivatives. Epigenetics. 6, 63-75;
9. L. Lapasset, O. Milhavet, A. Prieur, E. Besnard, A. Babled, et. al.. (2011). Rejuvenating senescent and centenarian human cells by reprogramming through the pluripotent state. Genes & Development. 25, 2248-2253;
10. Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, et. al.. (2007). Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Cell. 131, 861-872;
11. Srinivas R. Viswanathan, George Q. Daley. (2010). Lin28: A MicroRNA Regulator with a Macro Role. Cell. 140, 445-449;
12. Mario G. Mirisola, Valter D. Longo. (2011). Conserved role of Ras-GEFs in promoting aging: from yeast to mice. aging. 3, 340-343;
13. Michael J. Boland, Jennifer L. Hazen, Kristopher L. Nazor, Alberto R. Rodriguez, Wesley Gifford, et. al.. (2009). Adult mice generated from induced pluripotent stem cells. Nature. 461, 91-94;
14. Uri Ben-David, Nissim Benvenisty. (2011). The tumorigenicity of human embryonic and induced pluripotent stem cells. Nat Rev Cancer. 11, 268-277;
15. Ralf Dressel. (2011). Effects of histocompatibility and host immune responses on the tumorigenicity of pluripotent stem cells. Semin Immunopathol. 33, 573-591;
16. Mariusz Z. Ratajczak, Rui Liu, Janina Ratajczak, Magda Kucia, Dong-Myung Shin. (2011). The role of pluripotent embryonic-like stem cells residing in adult tissues in regeneration and longevity. Differentiation. 81, 153-161;
17. Jia-Chi Yeo, Huck-Hui Ng. (2011). Transcriptomic analysis of pluripotent stem cells: insights into health and disease. Genome Medicine. 3, 68.