Индуцированная плюрипотентность и репрограммирование

Как дифференцированные клетки могут быть возвращены в плюрипотентное состояние с помощью определенных факторов, и что это открывает о обратимости клеточной идентичности.

Definition

Репрограммирование — это экспериментальное преобразование клетки из одного дифференцированного состояния в другое или обратно в менее дифференцированное состояние; индуцированная плюрипотентность — это специфическое репрограммирование дифференцированной клетки в плюрипотентное состояние путем введения определенного набора регуляторных факторов.

Scope

Эта тема охватывает клеточное репрограммирование: перенос ядра, индукцию плюрипотентности определенными факторами транскрипции и прямую конверсию (трансдифференцировку) между типами клеток. Она рассматривает значение репрограммирования для понимания того, как поддерживается клеточная идентичность, и для генерации клеток, соответствующих пациенту, при этом применение рассматривается как значимость, а не как руководство.

Core questions

• Как дифференцированная клетка может быть возвращена в плюрипотентное состояние?
• Какие факторы достаточны для индукции плюрипотентности?
• Может ли один дифференцированный тип клеток быть непосредственно преобразован в другой?
• Что репрограммирование открывает о том, как поддерживается клеточная идентичность?

Key concepts

• Перенос ядра
• Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки
• Определенные факторы репрограммирования
• Прямая конверсия (трансдифференцировка)
• Обратимость клеточной идентичности

Key theories

Репрограммирование, управляемое факторами транскрипции

Введение определенной комбинации факторов транскрипции может отменить дифференцированную программу клетки и вернуть ее в плюрипотентное состояние, демонстрируя, что идентичность активно поддерживается регуляторными воздействиями, а не фиксируется необратимыми генетическими изменениями.

Mechanisms

Ранние доказательства обратимости клеточной идентичности были получены в результате переноса ядра, при котором дифференцированное ядро, помещенное в яйцеклетку, может поддерживать развитие, показывая, что геном остается неповрежденным. Репрограммирование до плюрипотентности достигается путем принудительной экспрессии небольшого набора факторов транскрипции, которые реактивируют сеть плюрипотентности и сбрасывают состояния хроматина и экспрессии генов; полученные индуцированные плюрипотентные клетки напоминают эмбриональные стволовые клетки. При прямой конверсии факторы, характерные для одной дифференцированной линии, вводятся в другой тип клеток для изменения их идентичности без прохождения через плюрипотентное состояние. Эти процессы показывают, что дифференцированное состояние является регуляторным равновесием, которое может быть изменено определенными воздействиями.

Clinical relevance

Репрограммирование позволяет генерировать клетки, соответствующие пациенту, для моделирования заболеваний, тестирования лекарств и потенциальных клеточных терапий, а также предоставляет инструмент для изучения того, как устанавливается клеточная идентичность. Эта статья носит образовательный характер и не содержит медицинских рекомендаций.

History

Эксперименты по переносу ядра показали, что дифференцированное ядро сохраняет полный потенциал развития. Основываясь на этом, демонстрация того, что определенные факторы транскрипции могут индуцировать плюрипотентность в дифференцированных клетках, открыла новую область и была отмечена, наряду с более ранней работой по переносу ядра, Нобелевской премией.

Key figures

• Shinya Yamanaka
• John Gurdon

Seminal works

• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

Что такое индуцированные плюрипотентные стволовые клетки?

Это дифференцированные клетки, такие как клетки кожи, которые были возвращены в плюрипотентное состояние — способные образовывать многие типы клеток — путем введения определенного набора факторов транскрипции.

Изменяет ли репрограммирование ДНК клетки?

Нет. Репрограммирование изменяет активность генов путем сброса регуляторных и хроматиновых состояний; основная последовательность ДНК остается неизменной, поэтому процесс обратим.