https://www.thermofisher.com/ru/en/home/products-and-services/promotions/30-years-russia.html?cid=Biomolecule-LSG-EM-PJT4417-WE42727-30YearsInRussia-EMEA-June2019
Подписаться

Наследники клеток HeLa

  • 1149
  • 1,4
  • 0
  • 0
Добавить в избранное
Обзор

Древо развития клеточных технологий глазами художника

Для того, чтобы разобраться, что же отличает один тип клеток от другого, специалистам пора отойти от традиционных «бессмертных» клеточных линий и всерьез заняться исследованиями только на стволовых клетках. Похоже, ставшей такой привычной для биологов клеточной линии HeLa пора отправиться на заслуженный покой.

В 1896 году американский зоолог и генетик И.Б. Уилсон определил клетки как основной элемент бытия всех без исключения организмов, записав тем самым себя в скрижали биологии как первого клеточного биолога. Последующие исследования в области биохимии и молекулярной биологии подтвердили молекулярное единство жизни: основные биохимические механизмы похожи во всех клетках. Обобщил это правило своим афоризмом французский биохимик и микробиолог Жак Моно: «что верно для кишечной палочки, то верно и для слона».

Это понимание было бы невозможно без использования в лабораторных исследованиях одноклеточных организмов, а также линий клеток животных, бесконечно делящихся в культуре. Самыми известными из них являются человеческие клетки линии HeLa, полученные из раковой опухоли шейки матки темнокожей женщины по имени Генриетта Лакс [1].

Начиная с 1950-го года, было опубликовано более 65 тысяч научных работ, описывающих разнообразные физиологические и биохимические исследования с применением клеток HeLa. Стоит отметить, что с этой и многими другими задачами HeLa превосходно справились, раскрыв людям множество секретов.

Однако любые раковые клетки, в том числе и HeLa, по своей физиологии далеки от нормальных клеток организма, все процессы в которых регулируются точно сбалансированными сигнальными системами. Кроме того, клетки HeLa ничего не могут рассказать исследователям о том, что же отличает один тип клеток от другого — например, клетки печени от клеток поджелудочной железы.

Таким образом, несмотря на то, что клетки HeLa и аналогичные бессмертные линии хороши для исследования клетки вообще, сегодня их возможностей уже ясно не хватает для решения всех проблем, поставленных перед клеточной биологией. Как происходит взаимодействие между ДНК, РНК и белками в клетках конкретных тканей, и почему в результате этого появляются клетки со столь различными фенотипами? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо взять на вооружение новый инструмент биологических исследований, а именно перейти к использованию стволовых клеток.

Цитолог может, изучив клетку под микроскопом, классифицировать ее по морфологии и строению органелл; при этом он будет оперировать такими характеристиками, как «пирамидальная форма» или «кубические эпителиальные клетки». Однако это весьма грубый подход, аналогичный тому, как определяли виды микроорганизмов до изобретения генетического анализа ДНК. А что же действительно отличает один тип клеток от другого, и как взаимодействуют и функционируют различные молекулярные элементы?

Понимание сути молекулярных процессов, протекающих в живой клетке, имеет большое значение для медицины. Патофизиологи способны определить тип рака по морфологии клеток. Но изучение генетического разнообразия раковых клеток показывает, что даже один клинический вид рака очень разнообразен: паттерны мутаций в опухолях одного и того же органа у разных людей имеют мало общего. В истории научного поиска немало случаев, когда ученые, полагая, что имеют дело, например, с клетками рака молочной железы, на самом деле работали с меланомой. Только понимание молекулярных основ того, почему клетки выглядят и ведут себя по-разному, позволит надежно различать нормальные и измененные типы клеток.

Стволовые клетки

Рисунок 1. Стволовые клетки сулят биологам понимание того, чем отличается один тип клеток от другого

Одним из способов достижения этого является отказ от уже привычных культур бессмертных клеток: дни HeLa заканчиваются. Вместо них специалисты в области клеточной биологии должны использовать эмбриональные стволовые клетки, взятые у мышей или других модельных организмов, или «перепрограммировать» дифференцированные клетки в их предшественников (получая индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, ИПСК [2]), а потом во всех подробностях изучать, как эти клетки снова дифференцируются — возможно, уже по совсем другому пути.

В настоящее время исследования стволовых клеток в значительной степени мотивированы надеждой на изобретение новых методов лечения, с помощью которых можно будет восстанавливать поврежденные ткани прямо в теле больного. Для форсирования этого направления, специалисты в области клеточной биологии и биологии стволовых клеток должны трудиться вместе, с целью разработать надежные и унифицированные методы получения, хранения и дифференциации ИПСК. Так же, как биология развития дала начало клеточной биологии, последняя должна помочь встать на ноги молодой дисциплине — биологии стволовых клеток.

В настоящее время исследования стволовых клеток в значительной мере опираются на транскрипционные факторы как на инструмент, позволяющий идентифицировать и описывать различные клеточные линии и стадии их развития. Но такая методика чересчур ограничена: клетка — это нечто большее, чем набор транскрипционных факторов. Главной целью должно стать определение молекулярных механизмов, которые лежат в основе физиологических и биохимических отличий различных типов клеток. Кстати, это сделало бы стволовые клетки более безопасными для медицинского применения и спасло бы нас от катастроф ранних работ по генной терапии, когда генетические модификации вызывали появление рака. Необходимо уметь четко отвечать на вопрос: действительно ли стволовые клетки функционируют как точные копии клеток в организме человека, или потенциально они могут дать начало раковой опухоли из-за проводимых с ними манипуляций [3]?

Перейти от использования таких привычных линий клеток, как HeLa, к стволовым клеткам, требующим тщательного подбора условий и отработки новых методик, будет сложно. Чтобы облегчить процесс этого перехода, организациям, которые финансируют научные исследования, следует разработать новые стандарты. В 1960-е годы, кстати, соответствующие агентства не скупились на финансирование нового по тем временам направления — клеточной биологии, и эти вложения многократно окупились. Сегодня очередь новой технологической революции.

По материалам рубрики «Комментарии» в Nature [4].

Литература

  1. Бессмертные клетки Генриетты Лакс;
  2. Была клетка простая, стала стволовая;
  3. Снежный ком проблем с плюрипотентностью;
  4. Anthony H. Hyman, Kai Simons. (2011). The new cell biology: Beyond HeLa cells. Nature. 480, 34-34.

Комментарии