Трансформирования предшественников клеток сердца в стволовых клетках мыши непосредственно в предшественники клеток мозга добились исследователи под руководством ученых Гладстонского института сердечно-сосудистых заболеваний в Сан-Франциско, Калифорния, США. 26 января статья с результатами их работы была опубликована в журнале Nature.

Доктор философии, директор Гладстонского института и старший автор исследования Бенуа Брюно заявляет о сделанном его командой открытии: «Это действительно бросает вызов фундаментальным представлениям о том, как клетки остаются на своем пути после того, как вступают на путь превращения в клетки сердца или мозга».

Эмбриональные стволовые клетки способны дифференцироваться или трансформироваться во все типы клеток в полностью сформировавшемся взрослом организме. Но перед этим стволовые клетки должны пройти много шагов, чтобы дать начало взрослым типам клеток.

Так, на пути превращения в клетки сердца эмбриональные стволовые клетки сначала дифференцируются в мезодерму — одну из трех примитивных тканей, обнаруженных у самых ранних эмбрионов. Затем уже клетки мезодермы разделяются, образуя кости, мышцы, кровеносные сосуды и клетки сердца.

Считалось, что если уж клетка начала дифференцироваться по одному из этих путей, то свернуть на другой она уже не сможет. И хотя путь назад — превращение взрослых клеток какого либо типа обратно в стволовую клетку — был 10 лет назад открыт ученым из Гладстоновского института Шиньей Яманакой, а также недавно было сделано открытие, что некоторые клетки могут быть преобразованы в близкородственные типы с помощью процесса, называемого «прямым перепрограммированием», но ни в одном из этих случаев клетки не могли спонтанно перескакивать между совершенно разными путями дифференцировки.

Такого эффекта добились исследователи команды Бенуа Брюно. В процессе изучения роли белка Brahma в дифференцировке клеток сердца (в 2019 году они обнаружили, что этот белок работает вместе с другими молекулами, участвующими при формировании сердца) ученые с помощью метода редактирования генома CRISPR отключили ген Brm, который производит белок Brahma.

Результатом редактирования генома стало то, что стволовые клетки перестали дифференцироваться в нормальные предшественники клеток сердца. Научный сотрудник лаборатории Брюно, первый автор статьи Светансу Хота вспоминает: «После 10 дней дифференцировки нормальные клетки ритмично бьются; это явно клетки сердца. Но без Brahma это была просто масса инертных клеток. Никакого биения».

Дальнейший анализ показал, что причина, по которой клетки не бьются, заключалась в том, что удаление белка Brahma не только отключило гены, необходимые для создания клеток сердца, но и активировало гены, необходимые для создания клеток мозга. Клетки — предшественники сердца, стали клетками — предшественниками мозга.

Кроме всего прочего, наблюдения исследователей важны для понимания причин здоровья клеток и их заболеваний. Мутации в гене Brm связаны с врожденными пороками сердца и синдромами, затрагивающими функцию мозга. Ген также участвует в развитии некоторых видов рака.

«Если удаление Brahma может превратить клетки мезодермы (например, предшественники клеток сердца) в клетки эктодермы (например, предшественники клеток мозга) in vitro, то, возможно, мутации в гене Brm — это то, что дает некоторым раковым клеткам возможность значительно изменить свою генетическую программу», — делает предположение Брюно.

Полученные результаты, считают исследователи, также важны и на уровне фундаментальных исследований, поскольку они проливают свет на механизм того, как клетки могут изменить свой характер при таких заболеваниях, как сердечная недостаточность, а также использоваться для разработки регенеративных методов лечения, например, путем индукции новых клеток сердца.