Španělští vědci zjistili, že když jsou myši geneticky upraveny, délka telomer v jejich buňkách se zvyšuje. To jim umožňuje prodloužit jejich život, je však nutné jít na nějaké triky, aby se skutečné bílé monstrum neobjevilo na bílém světle. "Lenta.ru" hovoří o riskantní metodě omlazení starých buněk.
Telomery jsou konce chromosomů, které jsou vytvářeny opakováním úseků DNA, sestávajících ze šesti nukleotidů (TTAGGG). Přes jejich zjevnou zbytečnost plní velmi důležitou funkci. Faktem je, že když se buňky dělí, chromozomy se začnou kopírovat, ale tento proces neprojde bez stopy po nich. U nových chromozomů jsou konce vždy o něco kratší než u rodičovských. Telomery hrají roli ochranných čepic, protože nenesou důležité genetické informace.
S každou generací buněk se však telomery stále více zkracují, dokud nenastane kritický okamžik nazývaný Hayflickův limit. Buňky, které dosáhly této hranice, se již nerozdělují a neumírají.
Některé buňky (kmen, sex a jiné) jsou schopny prodloužit délku svých telomer. To je způsobeno enzymem nazývaným endogenní telomeráza. Přidá stejný fragment TTAGGG na konec chromozomů a pokud zvýšíte jeho množství v buňkách, mohou se neurčitě dělit a překonat Hayflickův limit.
Kmenové buňky v dospělém těle také postupně stárnou, protože v nich není produkováno příliš mnoho telomerázy. Stačí však, aby živé organismy existovaly po mnoho let a znovu a znovu hojily své rány.
Když je poškozena biologická tkáň, jsou zahájeny procesy její regenerace. Kmenové buňky se dělí na normální somatické buňky. Takový „potomek“nejen ztrácí pluripotenci, tj. Schopnost transformovat (diferencovat), ale také ztrácí schopnost syntetizovat telomerázu. Tělo tedy umožňuje neurčitě se dělit pouze určité skupiny buněk, protože jinak by se riziko rakovinových nádorů mnohonásobně zvýšilo.
Embryonální kmenové buňky
Propagační video:
Foto: Nissim Benvenisty / Wikimedia
Co mění kmenové buňky na normální? Přestože se ve všech buňkách těla nacházejí stejné geny, některé z nich lze v určitém typu tkáně vypnout. Například v nervových tkáních mozku, kterými procházejí elektrické impulsy, pracuje jedna sada genů a v Langerhansových ostrůvcích, které jsou v pankreatu a produkují inzulín, další. Systém vyšší úrovně sestávající z epigenetických faktorů - molekul, které se připojují k DNA a regulují její funkce - zapíná a vypíná geny. Celý soubor faktorů připojených k dvojité šroubovici tvoří epigenom a přirozeně se liší v každém typu tkáně.
Z toho plyne logický závěr: za účelem přeměny buňky zpět na kmenovou buňku ji musíte změnit epigenomem, jinými slovy, přeprogramovat ji. Toho lze dosáhnout zavedením čtyř specifických sloučenin zvaných Yamanaka faktory (OSKM - Oct4, Klf4, Sox2 a c-Myc). Také se podílejí na epigenetické regulaci, udržují schopnost diferenciace buněk. Poprvé je použil v roce 2006 japonský vědec Shinya Yamanaka, který byl schopen transformovat fibroblasty na indukované kmenové buňky (buňky iPS). Za to v roce 2012 získal vědec Nobelovu cenu.
Yamanaka ve skutečnosti omladil jednotlivé buňky jejich přeprogramováním na epigenetické úrovni a zahájením procesu dediferenciace. Vyvstává otázka: Je možné udělat totéž s celým organismem, alespoň s myší? Problém je v tom, že tím porušujeme smlouvu „nemělo by existovat mnoho kmenových buněk“, protože, jak již bylo uvedeno, riziko rakoviny se zvyšuje. Kromě toho nemá smysl transformovat orgány a tkáně na shluky homogenních buněk iPS - tělo jednoduše zemře. Další problém spočívá v tom, že indukované kmenové buňky se mohou spontánně vyvinout v teratomy (ze starověkých řeckých τέρατος - "monstrum") - nádory ve formě nedostatečně vyvinutých orgánů, jako jsou zuby, oči nebo dokonce mozek.
Ukázalo se však, že je zcela možné vyhnout se nádorům. Takže nemůžete přeměnit somatické buňky na kmenové buňky, zbavit je jejich funkčnosti, ale pouze krátce aktivovat faktory Yamanaka, aby tkáně mírně omladly. Vědci za tímto účelem vytvořili transgenní myši a do své DNA vložili kazetu se sadou následných genů kódujících OSKM. Kazeta, nazývaná polycistronická kazeta (cistron je stejná jako gen), se zapíná v přítomnosti polosyntetického antibiotického doxycyklinu. Tím se vytvářejí faktory Yamanaka. Bez antibiotika se přeprogramování zastaví.
Telomeráza (zelené tečky) v pankreatu GM myší
Foto: Maria A. Blasco / CNIO
Španělští vědci, kteří studovali změny v telomerách u přeprogramovaných myší, se rozhodli tento úkol nekomplikovat. Pro jejich účely stačilo aktivovat polycistronickou kazetu a sledovat, co se děje s konci chromozomů. Přítomnost teratomů a dysplázií ve zvířecích tkáních naznačovala, že přeprogramování bylo úspěšné.
Vědci zjistili, že když se somatické buňky změní na kmenové telomery, prodlouží se. To je logické vzhledem k tomu, že se buňky iPS mohou dělit donekonečna. Kromě toho vědci zjistili, že telomeráza v tom hraje důležitou roli.
Až dosud genetici neměli důkaz, že je možné indukovat endogenní telomerázu v dospělém organismu pomocí epigenetických faktorů. Ale to se přesně děje. Zdá se, že faktory Yamanaka mění genové kaskády a nakonec aktivují enzym prodlužující telomeru.
Rakovinové buňky HeLa
Fotografie: Public Domain / Wikimedia
Podobný proces doprovází nejen přeprogramování somatických buněk, ale také jejich zhoubnost. Rakovinové buňky mají s kmenovými buňkami mnoho společného. Může sdílet donekonečna. Nejznámějším příkladem jsou „nesmrtelné“HeLa buňky. Byli izolováni v roce 1951 z nádoru děložního hrdla pacienta Henrietta Lackse, který zemřel ve stejném roce, a stále se používají v mnoha experimentech.
Rakovinové buňky jsou také v podstatě přeprogramované somatické buňky. Podle vědců k podobným změnám dochází u telomer v nich. Proto studie s buňkami iPS odhalí podrobnosti o molekulárních procesech, které probíhají během tvorby nádorů.
Alexander Enikeev