Ученые превратили клетки кожи сразу в нейроны, минуя стадию стволовых клеток

Почти два десятилетия назад японские исследователи выявили, что используя четыре транскрипционных фактора, можно преобразовать клетки кожи в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs), которые, как и эмбриональные клетки, способны к дифференцировке в различные типы тканей. Однако данный процесс занимает значительное время, и многие клетки не достигают зрелости, застревая на промежуточных стадиях. Чтобы избежать этого, ученые применяют метод прямой конверсии, который позволяет превращать соматические клетки сразу в нейроны, минуя стадию iPSC.


Ранее были попытки такой прямой конверсии, но их результативность оставляла желать лучшего — меньше 1%. В предыдущих исследованиях использовалась комбинация из шести транскрипционных факторов и двух белков, которые стимулируют деление клеток. Каждый ген вводился отдельным вирусом, что усложняло контроль за их работой.


В новом исследовании удалось значительно упростить процесс: для превращения клеток кожи в мотонейроны теперь достаточно трех транскрипционных факторов и двух генов, активирующих деление клеток. Эксперименты начались с клеток мышей, где изначально использовались шесть факторов. Постепенно, исключая их один за другим, исследователи установили минимальную эффективную комбинацию из трех — NGN2, ISL1 и LHX3, — которые были введены с помощью одного модифицированного вируса для точного контроля их экспрессии. Затем отдельный вирус добавил гены p53DD и мутировавший HRAS, которые активизируют деление клеток кожи перед их превращением в нейроны, что увеличило выход нейронов в 11 раз.


Ученые также создали измененную комбинацию транскрипционных факторов, позволяющую напрямую преобразовывать человеческие клетки в нейроны, хотя эффективность этого метода ниже — от 10% до 30%. Тем не менее, сам процесс занимает около пяти недель, что быстрее, чем конверсия через стадию iPSC. В сотрудничестве с коллегами из Бостонского университета исследователи проверили, приживутся ли такие двигательные нейроны у мышей. Клетки были внедрены в полосатое тело — область мозга, контролирующую движения и другие функции. Спустя две недели многие нейроны успешно интегрировались и начали образовывать связи с другими клетками мозга. В лабораторных условиях они проявили электрическую активность и кальциевую сигнализацию, что подтвердило их способность взаимодействовать с другими нейронами. Теперь ученые планируют изучить возможность пересадки таких нейронов в спинной мозг.


Команда из MIT стремится улучшить процесс конверсии человеческих клеток с целью повышения выхода нейронов для лечения травм спинного мозга и заболеваний, таких как БАС. В настоящее время уже проводятся клинические испытания нейронов, созданных из iPSC.