Cilmes šūnu atklāšana varētu uzlabot leikēmijas, citu slimību ārstēšanu
Nespēja panākt cilvēka asins cilmes šūnu vai hematopoētisko cilmes šūnu (HSC) pašatjaunošanos laboratorijā kavē leikēmijas un citu asins slimību ārstēšanu.
Tagad jauns pētījums no Kalifornijas universitātes Losandželosā (UCLA) liecina, ka atbilde var būt konkrētā olbaltumvielā - kuras aktivizēšana var ievērojami paplašināt HSC kultūrā.
UCLA komanda atklāja, ka proteīns, ko sauc par MLLT3, ir galvenais HSC funkcijas regulators. Olbaltumviela ir augsta līmeņa cilvēka augļa, jaundzimušo un pieaugušo HSC. Tomēr kultivētajos HSC ir zems MLLT3 līmenis.
Nesenā Daba pētījumā pētnieki ziņo, kā manipulēšana ar gēnu, kas ir atbildīgs par olbaltumvielu ražošanu, noveda pie "pārstādāmo" HSC paplašināšanās "vairāk nekā 12 reizes".
Pētījuma vecākā autore ir Hanna K. A. Mikkola, UCLA molekulārās, šūnu un attīstības bioloģijas profesore. Viņa ir pētījusi HSC vairāk nekā 20 gadus.
"Lai gan gadu gaitā mēs esam daudz iemācījušies par šo šūnu bioloģiju," saka Mikola, "viens galvenais izaicinājums ir palicis: liekot [HSC] pašatjaunoties laboratorijā."
"Mums jāpārvar šis šķērslis, lai virzītu laukumu uz priekšu," viņa piebilst.
HSC ir nepieciešama spēcīga spēja atkārtoties
Visi ķermeņa audi un šūnas barojas un aizsargā asins šūnas. Lai izpildītu tik nerimstošu un apgrūtinošu uzdevumu, asins šūnām jāspēj sevi papildināt. Pieaugušajiem asins šūnām un ādas šūnām ir vislielākā spēja atjaunoties no visiem audiem.
Jaunu asins šūnu iegūšanas pienākums ir HSC. Katru dienu cilvēka ķermenis rada miljardiem jaunu asins šūnu, pateicoties HSC, kas arī veido imūnās šūnas.
HSC atrodas kaulu smadzenēs, kur tie paši atjaunojas un nobriest dažāda veida asinīs un imūnās šūnās.
Cilvēkiem ar noteiktām asins vai imūnsistēmas slimībām, piemēram, leikēmiju, jaunu šūnu iegūšanai nepieciešami svaigi HSC krājumi. Gadu desmitiem ārsti ir izmantojuši kaulu smadzeņu transplantācijas, lai palielinātu to daudzumu.
Tomēr ir ierobežojumi attiecībā uz to, cik lielā mērā kaulu smadzeņu transplantācija var piedāvāt risinājumu. Piemēram, ne vienmēr ir iespējams atrast atbilstošu donoru, vai arī saņēmēja ķermenis var noraidīt transplantētās šūnas.
Vēl viena problēma, kas var rasties, ir tā, ka transplantēto HSC skaits var nebūt pietiekams, lai radītu pietiekami daudz asiņu vai imūnās šūnas slimības ārstēšanai.
Kultivēto HSC problēma
Zinātnieki laboratorijā ir mēģinājuši kultivēt HSC kā alternatīvu kaulu smadzeņu transplantācijai. Tomēr dažādi mēģinājumi transplantēt kultivētus HSC ir skāruši kopīgu problēmu: HSC, kurus zinātnieki ir izņēmuši no kaulu smadzenēm, drīz zaudē spēju sevi atjaunot kultūrā.
Kad HSC zaudēs spēju veidot jaunas kopijas, vienīgā nākotne viņiem ir vai nu diferencēties specializētās šūnās, vai mirt.
Jaunajam pētījumam prof. Mikola un viņas komanda apskatīja, kas notika ar gēniem, kad HSC laboratorijā zaudēja spēju pašatjaunoties.
Viņi redzēja, ka daži gēni izslēdzās, kad tas notika. Izslēgtie gēni mainījās atkarībā no šūnu veidiem, kurus veidoja HSC.
Lai to aplūkotu tuvāk, komanda no pieaugušām pluripotentām cilmes šūnām radīja HSC līdzīgas šūnas, kas nespēja sevi atkārtot un pēc tam novēroja to gēnu aktivitāti.
Šis eksperiments parādīja, ka pastāv cieša saikne starp HSC pašatjaunošanās spēju un HNS aktivitāti MLLT3 gēns.
Aktīvs MLLT3 ir nepieciešams nosacījums
Šķiet, ka augsta izteiksme MLLT3 nodrošina bagātīgu olbaltumvielu daudzumu, uz kura ir instrukcijas, kas nepieciešamas HSC pašatjaunošanai.
Olbaltumvielas palīdz HSC mašīnām turpināt darboties, kamēr šūna izveido sevis kopiju.
Turpmākie eksperimenti atklāja, ka aktīvās vielas ievietošana MLLT3 gēns HSC kodolā laboratorijas kultūrā palielināja viņu spēju atkārtoties 12 reizes.
"Ja mēs domājam par asins cilmes šūnu daudzumu, kas nepieciešams pacienta ārstēšanai, tas ir ievērojams skaits."
Prof. Hanna K. A. Mikkola
Citos pētījumos, kas mēģināja panākt HSC pašatjaunošanos kultūrā, ir izmantotas mazas molekulas. Tomēr prof. Mikola un viņas komanda saskārās ar problēmām ar šo pieeju.
Viņi atklāja, ka šūnas nespēja uzturēt MLLT3 olbaltumvielu līmeni, un tās nedarbojās labi, kad komanda tās pārstādīja pelēm.
Apvienojot abas metodes
Komanda atklāja, ka, apvienojot mazo molekulu metodi ar MLLT3 gēnu aktivācija radīja HSC, kas pelēm pareizi integrējās kaulu smadzenēs.
Šie HSC arī ražoja visus pareizos asins šūnu veidus un saglabāja spēju pašatjaunoties.
Zinātniekiem ir bažas par transplantējamu HSC ražošanu laboratorijā, lai nodrošinātu to pareizu darbību, tiklīdz tie atrodas ķermenī.
HSC ir jāspēj sevi atkārtot pareizajā tempā, un tie nedrīkst iegūt mutācijas, kas varētu izraisīt tādas slimības kā leikēmija.
Šķiet, ka stabilas MLLT3 olbaltumvielu līmeņa nodrošināšana atbilst šīm prasībām.
Pētnieki tagad strādā pie manipulācijas metodēm MLLT3 drošāk un vieglāk.
