Zvětšit obrázek

Bílo-hnědě žíhaná myš nahoře je chméra. Na jejím vzniku se podílely buňky, kterým říkáme indukované pluripotentní buňky a které vědci vytvořili za pomoci dvou histonů (variant TH2A a TH2B) a dvou Yamanakových faktorů (Klf4 and Oct3/4) z normálních buněk, které vrátili v jejich vývoji zpět do jejich mládí. Omlazené buňky se tak mohly zapojit do vývoje nového organismu. Ta myš na obrázku je strakatá proto, že vědci vybrali do pokusu různě barevné jedince. Žíhanost srtsi na matce je tedy dokladem chimérismu a že skutečně jde o živočicha "splácaného" z buněk dvou různých organismů. Hnědá a bílá barva srsti tak dokládá, jak se buňky různých organismů v embryu promíchaly a kde které jakým tkáním daly vznik. Potomstvo této chimerické matky je již jen hnědé. To proto, že náhoda tomu chtěla a její vaječníky se vyvinuly jen z jednoho druhu buněk. V tomto případě těch, které vědci v laboratoři připravili za pomoci histonových lektvarů. Jejich hnědá barva (což je jen pomocný znak podle kterého lze původ buněk snadno rozlišit) se tak stala důkazem, že nově vzniklé potomci jsou organismy skutečně vzniklé z iPSC buněk. Těch, které vědci „vyrobili“ v laboratoři z buněk, které by jinak nikdy vznik novému životu dát nemohly. (Credit: RIKEN)

Získávání kmenových  buněk z již diferencovaných dospělých buněk dlouho nebylo nijak snadnou záležitostí. Zatím se umíme dostat několika způsoby k pluripotentním kmenovým buňkám, ale ty totipotentní, ze kterých by mohl vzniknout nový jedinec, se vědcům zatím úplně nedaří. Někteří už jsou možná dost blízko, ale narození nového jedince z přeprogramované dospělé buňky zatím nikdo neohlásil.

Zvětšit obrázek

Toshie Shinagawa, první autor studie v Cell.  (Kredit: RINKEN)

Je tu samožřejmě klasická klonovací technika SCNT (přenos jader somatických buněk do buňky vajíčka), která dala vzniknout ovci Dolly, nicméně není příliš účinná a její použití u lidí je eticky značně kontroverzní. Proto se svět obrátil na cestu získávání kmenových buněk, kde vajíček netřeba.

S prvním průlomem přišel v roce 2006  Šinja Jamanaka , který vytvořil první indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC) pomocí genetické modifikace dospělých somatických buněk. Jamanaka použil k přenosu jeho slavných čtyř faktorů do buňky jako nosič virus, který  do genomu zapsal na libovoná místa geny k tvorbě těchto faktorů. Takto vytvořené pluripotentní buňky zvlášť trpěly náchylností k rakovině a navíc byly geneticky modifikované, což pro lidi použít nelze.
Později (duben 2009) se zjistilo, že k přeprogramování dospělé buňky stačí opakované vystavení Jamanakovým faktorům v chemicky upravené podobě, takže se lze obejít bez virového vektoru a genetických mutací.
Źádný z těchto přístupů ovšem nebyl příliš efektivní, co se týče „výtěžnosti“.

Poměr výkon/cena se podařilo letos (2014) v lednu významně vylepšit Japonce Haruko Obokata, která přeprogramovala dospělé buňky vystavením stresu (kyselému prostředí). Zde již je výtěžnost podstatně lepší - až 2/3 buněk se přemění, nicméně k narození nechimerické zdravé myši se zatím nedopracovala.

Histony z varlat
Šunsuke Išii  z výzkumného ústavu RIKEN  se s kolegy pokusil identifikovat molekuly, které umožní savčímu vajíčku prodělat kompletní přeměnu na totipotentní kmenovou buňku. To je mechanizmus, který stojí za přirozeným oplodněním i za klonováním technikou SCNT. Zaměřili se na dva histony nazývané TH2A a TH2B, které se vyskytují v buňkách varlat. Histony http://en.wikipedia.org/wiki/Histone jsou přítomné v buněčném jádru a je jich spousta druhů. Jsou něco jako špulky, na něž se navíjí DNA, aby nezabírala moc místa. Mají ale vliv i na expresi genů.

Právě zveřejněnou studií  se podařilo dokázat, že tyto dva již zmiňované histony pracují v tandemu, přičemž do vajíčka doputují se spermií a zde se významně podílí na vzniku zygoty. Na geneticky „vyknokautovaných“ myších bylo ověřeno, že se bez TH2A a TH2B oplodnění nekoná.

Zvětšit obrázek

Porovnání klasického vzniku zygoty (vlevo) a tvorby indukovaných pluripotentních buněk (iPSC) za pomoci hostonových variant. (Kredit: Cell)

Přidání histonů TH2A a TH2B do Jamanakova reprogramovacího koktejlu zvýšilo úspěšnost přeprogramování dospělých buněk zhruba dvacetkrát a zrychlilo celý proces zhruba trojnásobně. Navíc  vyšlo najevo, že TH2A a TH2B mohou úspěšně nahradit dva Jamanakovy faktory (Sox2 a c-Myc).

Závěrem
Išii věří, že TH2A a TH2B mohou významně přispět k vytvoření techniky vedoucí k získání nového jedince z dospělé somatické buňky.
Vzhledem k tomu, že v době zahájení jeho výzkumu neměl Išii nejspíš ponětí o objevu, který se rýsuje ve vedlejším oddělení, je jasné jeho zaměření na Jamanakovy iPSC. Bude zajímavé sledovat, jestli tento přístup vyzkouší i na buňkách z dílny Haruko Obokata.

Zdroj: Cell 

_____________________________________________________

Poznámka:  K těmto převratným  poznatkům z oblasti kmenových buněk hodláme vyzpovídat v jednom z dalších článků Jaroslava Petra. Pokud nám pošlete nějaké dotazy, přidáme je k těm našim.