Эмбриональные стволовые клетки (ES) человека обладают важным терапевтическим потенциалом для лечения различных заобоеваний, но получение таких клеток связано с этическими проблемами. Поэтому генарация пациент-специфических (изогенных) плюрипотентных стволовых клеток с помощью репрограммирования соматических клеток является ценным решением. Репрограммирование соматических клеток в ES cell-подобные клетки достигается или путем переноса ядер соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки или путем слияния соматических клеток с плюрипотентными ES клетками [1]. Однако эти методологии ограничены низкой эффективностью, необходимостью свежих человеческих ооцитов или аномальными соматические/ES гибридными хромосомами.

Нелавно, репрограммирование мышиных и человеческих соматических клеток в плюрипотентные ES cell-подобные клетки, наз. induced pluripotent stem (iPS) клетками, впервые было достигнуто при одновременной вирусной трансдукции четрырех транскрипционных факторов (TFs) вместе (KLF4, OCT4, SOX2 и c-MYC или OCT4, SOX2, NANOG и LIN28) [2-6]. Эти технологии не нуждаются в эмбрионах или ооцитах, тем самым они облегчают генерацию пациент- и болезно-специфических плюрипотентных стволовых клеток, которые ценны для персонализированной трансплантационной терапии, не вызывающей иммунной реакции. Эта методология предоставляет эффективную поенциальную альтернативу современному источнику ES клеток. Кроме того, iPS клеточная технология создает огромный потенциал для понимания механизмов болезней, поиска лекарств, тканевого инжениринга и токсикологии.

Генерируемые iPS клетки обладают многочисленными сайтами для интеграции вирусов в своем геноме. Это увеличивает вероятность генного мутагенеза и геномной нестабильности. Представлена простая лентивирусная система репрограммирования, в которой определенные факторы слиты в одну открытую рамку считывания. GFP маркер, помещенный ниже трансгена позволяет отслеживать экспрессию трансгена. Было установлено, что такая система полицистронной экспрессии эффективно генерирует iPS клетки. Более того, они могут дифференцироваться в типы клеток всех трех эмбриональных зародышевых листков. Большинство из этих iPS клеток обладают лишь одиночной копией вирусного вектора. Эта система является ценным инструментом для генерации iPS клеток, она позволяет генерировать человеческие iPS клетки, свободные от генетических модификаций.

The H3K27 demethylase Utx regulates somatic and germ cell epigenetic reprogramming

Abed AlFatah Mansour, Ohad Gafni, Leehee Weinberger, Asaf Zviran, Muneef Ayyash, Yoach Rais, Vladislav Krupalnik, Mirie Zerbib, Daniela Amann-Zalcenstein, Itay Maza, Shay Geula, Sergey Viukov, Liad Holtzman, Ariel Pribluda, Eli Canaani, Shirley Horn-Saban, Ido Amit, Noa Novershtern & Jacob H. Hanna
Nature 488 (7411), 409–413 (16 August 2012) doi:10.1038/nature11272

Рисунки к статье

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs) могут возникать из соматических клеток за счет эктопической должен экспрессии разных транскрипционных факторов, обычно Oct4 (также известного как Pou5f1), Sox2, Klf4 и Myc (обозначаемых абревиатурой OSKM)¹. Этот процесс сопровождается эпигенетическими изаениями всего генома^2-5, но теперь эти модификации хроматина, детерминируемые биохимически, нуждаются в дальнейшем исследовании. Мы показали на мышах и человеке, что гистон H3 метилирируется по Lys27 (H3K27) с помощью demethylase Utx^6-9 (также известной как Kdm6a), которая регулирует эффективность индукции скорее, чем поддержание плюрипотентности. Эмбриональные стволовых клеток мышей, лишенные Utx, могут осуществлять клональную детерминацию и вносить вклад во взрослых химерных животных; однако соматические клетки, лишенные Utx, неспособны основательно перепрограммироваться в основное состояние плюрипотентности. Utx непосредственно взаимодействует с OSK факторами репрограммирования и использует свою каталитическую активность гистоновой деметилазы, чтобы облегчить формирование iPSC. Геномный анализ показал, что истощение Utx приводит к аберрантной динамике деметилирования H3K27me3 репрессивного хроматина в соматических клетках, подвергающихся репрограммированию. Последнее непосредственно мешает дерепрессии мощных генных модулей, способствующих плюрипотентности (включая Sall1, Sall4 и Utf1), кторые могут кооперативно замещать экзогенное добавление OSK при формирвоании iPSC. Удивительно, Utx гарантирует безопасность своевременного исполнения деметилирования H3K27me3, наблюдаемого на 10.5–11 день эмбриогенеза в примордиальных зародышевых клетках (PGCs)¹⁰, а Utx-дефицитные PGCs обнаруживают клеточно автономную динамику аберрантного эпигенетического репрограммирования во время своего эмбрионального созревания in vivo. В дальнейшем это нарушает развитие PGC на 12.5 день эмбриогенеза и приводит к уменьшению передачи зародышевой линии у мышей химер, сформированных из Utx-нокаутных плюрипотентных клеток. Т.о., мы идентифицировали Utx в качестве нового медиатора с самостоятельными функциями во время повторного становления плюрипотентности и при развитии зародышевых клеток. Более того, наши находки подчеркивают принцип, что молекулярные регуляторы, обеспечивающие потерю репрессивного хроматина во время in vivo репрограммирования зародышевых клеток, могут быть использованы во время in vitro репрограммирования в направлении родоначального состояния плюрипотентности.