|
Повреждения ДНК и стволовые клетки
|
|
|
|
Повреждения ДНК, вызванные такими факторами, как ультрафиолетовое излучение, затрагивают почти три четверти всех линий стволовых клеток, полученных из клеток кожи человека, говорят исследователи из Кембриджа, которые утверждают, что секвенирование всего генома необходимо для подтверждения пригодности клеточных линий. Стволовые клетки — это особый тип клеток, которые можно запрограммировать на превращение практически в любой тип клеток в организме. В настоящее время они используются для изучения развития органов и даже ранних стадий эмбриона.
|
|
|
|
Исследователи все чаще обращаются к стволовым клеткам как к способам разработки новых методов лечения, известных как клеточная терапия. Другие потенциальные приложения включают в себя программирование стволовых клеток для превращения в нервные клетки, чтобы заменить клетки, утраченные в результате нейродегенерации при таких заболеваниях, как болезнь Паркинсона. Первоначально стволовые клетки получали из эмбрионов, но теперь стало возможным получать стволовые клетки из клеток кожи взрослых. Эти так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки ( iPSCs) в настоящее время получают из ряда тканей, включая кровь, популярность которой растет из-за простоты ее получения.
|
|
|
Однако исследователи из Кембриджского университета и института Wellcome Sanger обнаружили проблему с линиями стволовых клеток, полученными как из клеток кожи, так и из крови. Когда они подробно изучили геномы линий стволовых клеток, они обнаружили, что почти три четверти имеют значительные повреждения ДНК, что может поставить под угрозу их использование как в исследованиях, так и, что особенно важно, в клеточной терапии. Их результаты представляют собой крупнейшее на сегодняшний день генетическое исследование iPSCs и опубликованы сегодня в журнале Nature Genetics.
|
|
|
|
ДНК состоит из трех миллиардов пар нуклеотидов, молекул, представленных буквами A, C, G и T. Со временем повреждение нашей ДНК, например, ультрафиолетовым излучением, может привести к мутациям — буква C может измениться на буква Т, например. «Отпечатки пальцев», оставленные на нашей ДНК, могут показать, что несет ответственность за этот ущерб. По мере накопления этих мутаций они могут оказывать глубокое влияние на функцию клеток и в некоторых случаях приводить к опухолям.
|
|
|
|
Доктор Фоад Роухани, проводивший эту работу в Кембриджском университете и Институте Велкома Сэнгера, сказал: «Мы заметили, что некоторые из созданных нами iPS-клеток сильно отличались друг от друга, даже если они были получены из один и тот же пациент и полученные в одном и том же эксперименте.Самое поразительное, что пары iPS-клеток будут иметь совершенно разный генетический ландшафт — одна линия будет иметь минимальное повреждение, а другая будет иметь уровень мутаций, более характерный для опухолей. возможной причиной этого может быть то, что клетка на поверхности кожи, вероятно, больше подвергается воздействию солнечного света, чем клетка под поверхностью, и, следовательно, в конечном итоге может привести к иПС-клеткам с более высоким уровнем геномного повреждения».
|
|
|
|
Исследователи использовали распространенный метод, известный как секвенирование всего генома, для проверки всей ДНК линий стволовых клеток в разных когортах, в том числе когорте HipSci в Институте Велкома Сэнгера, и обнаружили, что до 72% линий имеют признаки серьезного УФ-повреждения. Профессор Серена Ник-Зайнал с факультета медицинской генетики Кембриджского университета сказала: «Почти три четверти клеточных линий были повреждены ультрафиолетом. В некоторых образцах было огромное количество мутаций — иногда больше, чем в опухолях. все были очень удивлены, узнав об этом, учитывая, что большинство этих линий были получены из биопсии кожи здоровых людей».
|
|
|
|
Они решили обратить свое внимание на клеточные линии, не полученные из кожи, и сосредоточились на iPSCs, полученных из крови, поскольку они становятся все более популярными из-за простоты получения образцов крови. Они обнаружили, что, хотя эти iPSCs, полученные из крови, также несут мутации, они имеют более низкий уровень мутаций, чем iPSCs, полученные из кожи, и не повреждаются ультрафиолетом. Однако около четверти носили мутации в гене BCOR, важном гене, вызывающем рак крови. Чтобы выяснить, имеют ли эти мутации BCOR какое-либо функциональное влияние, они дифференцировали iPSCs и превратили их в нейроны, отслеживая их прогресс на этом пути.
|
|
|
|
Доктор Рухани сказал: «Мы увидели, что были проблемы с созданием нейронов из iPSCs, которые имеют мутации BCOR — вместо этого они имели тенденцию отдавать предпочтение другим типам клеток. Это важное открытие, особенно если кто-то намеревается использовать эти линии. для неврологических исследований». Когда они исследовали образцы крови, они обнаружили, что мутации BCOR не присутствовали у пациента: вместо этого процесс культивирования клеток, по-видимому, увеличивает частоту этих мутаций, что может иметь значение для других исследователей, работающих с клетками в культуре.
|
|
|
|
Ученые обычно проверяют свои клеточные линии на наличие проблем на хромосомном уровне, например, проверяя наличие необходимых 23 пар хромосом. Тем не менее, это не было бы достаточно подробным, чтобы выявить потенциально серьезные проблемы, выявленные в этом новом исследовании. Важно отметить, что без подробного изучения геномов этих стволовых клеток исследователи и клиницисты не будут знать об основных повреждениях, которые присутствуют в клеточных линиях, с которыми они работают.
|
|
|
|
«Повреждение ДНК, которое мы видели, было на уровне нуклеотидов», — говорит профессор Ник-Зайнал. «Если вы думаете о геноме человека как о книге, большинство исследователей проверили бы количество глав и были бы удовлетворены тем, что не было ни одной пропущенной. Но мы увидели, что даже при правильном количестве глав на месте многие слова были искажены». К счастью, говорит профессор Ник-Зайнал, есть способ обойти эту проблему: использовать секвенирование всего генома для детального поиска ошибок в самом начале.
|
|
|
|
«Стоимость секвенирования всего генома резко упала в последние годы примерно до 500 фунтов за образец, хотя самое сложное — это анализ и интерпретация. Если вопрос исследования касается клеточных линий и клеточных моделей, и особенно если мы чтобы ввести эти линии обратно в пациентов, нам, возможно, придется рассмотреть возможность секвенирования геномов этих линий, чтобы понять, с чем мы имеем дело, и понять, подходят ли они для использования».
|
|
|
|
Доктор Роухани добавляет: «В последние годы мы все больше и больше узнаем о том, что даже наши здоровые клетки несут множество мутаций, и поэтому создание линий стволовых клеток с нулевыми мутациями не является реальной целью. Цель должна состоять в том, чтобы узнать, как как можно больше о характере и степени повреждения ДНК, чтобы сделать осознанный выбор в отношении конечного использования этих линий стволовых клеток. «Если линия будет использоваться, например, для клеточной терапии у пациентов, то нам нужно больше понимать последствия этих мутаций, чтобы как клиницисты, так и пациенты были лучше информированы о рисках, связанных с лечением».
|
|
|
|
Источник
|
