Forskningsartikler kaster lys over et årti langt stamcellemysterium

En række undersøgelser ledet af Monash University-forsker lektor Jose Polo har i denne uge kastet lys over vitale, endnu tidligere uklart, aspekter af celleomprogrammering.

Celle omprogrammering, hvor én type celle kan omdannes til næsten enhver anden type celle i menneskekroppen, revolutionerer medicin. Det giver forskerne teoretisk kapacitet til at skabe ethvert væv til at reparere beskadigede organer såsom hjertet eller leveren, eller til brug ved transplantation.

I 2006 de japanske forskere, der gjorde den Nobelprisvindende opdagelse af inducerede pluripotente stamceller (iPS) identificerede et sæt af fire transkriptionsfaktorer som værende i stand til at omdanne enhver celle til iPS-celler. Disse iPS-celler, som med embryonale stamceller, har potentialet til at producere en hvilken som helst celle i kroppen, men undgå brug af embryoner eller medføre risiko for at blive afvist af patientens krop, en begrænsning af transplantation.

Alligevel mere end et årti senere var det stadig ikke fuldt ud forstået præcist, hvordan disse omprogrammeringsfaktorer fungerer.

"Du behøver ikke at kende til mekanik for at køre en bil fra A til B, men hvis noget går galt, eller du ønsker at forbedre bilens ydeevne, så skal du vide, hvordan en bil fungerer for at reparere eller forbedre den, " sagde lektor Polo.

Bemærkelsesværdigt, og vidnesbyrd om den verdensførende forskning, der udføres i hans laboratorium, to af lektor Polos undersøgelser blev publiceret inden for en uge efter hinanden i højt ansete Cell Press-tidsskrifter, afdækning af nye beviser i dette årti lange mysterium, mens en tredje relateret undersøgelse blev offentliggjort sidst i sidste måned i Naturens metoder .

Monashs Biomedicine Discovery Institute (BDI) og Australian Regenerative Medicine Institutes lektor Polo er ekspert inden for iPS-celler.

Den første undersøgelse, udgivet i denne uge i Cellerapporter , er resultatet af et internationalt samarbejde ledet af lektor Polo og Dr. Owen Rackham fra Duke-NUS Singapore. Det byggede på skelsættende forskning i iPS-celler, som lektor Polo udførte i 2012, som beskrev en 'køreplan' over, hvad der skete i processen med at omprogrammere fibroblaster (hudceller) til stamceller.

"Før vores 2012-undersøgelse var det en sort boks om, hvordan de fibroblaster, der blev brugt til omprogrammering, blev til iPS-celler - vi sporede køreplanen for, hvad der skete, " sagde lektor Polo.

I dette nye værk, holdet fandt ud af, at køreplanen ikke var den samme for hver celletype.

Brug af fibroblaster, neutrofiler (hvide blodlegemer) og keratinocytter (en anden hudcelletype) fra dyremodeller, forskerne afslørede, at vejen til pluripotens afhang af den oprindelige celletype.

Monash BDI's biolog Dr. Christian Nefzger, fælles førsteforfatter på papiret med bioinformatiker Dr. Fernando Rossello, sagde, at resultaterne har vigtige konsekvenser for forskning.

"At studere, hvordan forskellige celletyper omdannes til pluripotente stamceller, viste, at vi er nødt til at se gennem forskellige linser for at forstå og kontrollere processen fuldstændigt, " sagde Dr. Nefzger.

Den anden undersøgelse, offentliggjort i dag i Celle stamcelle , ledet af lektor Polo og professor Ryan Lister fra University of Western Australia, afsløret, hvordan de omprogrammerende transkriptionsfaktorer slår specifikke gener "til" eller "slukket", eller "åbn" eller "luk" dem.

Det Celle stamcelle undersøgelse giver en forklaring på, hvordan disse faktorer gør deres arbejde.

Gener er en del af kromatin, et kompleks af DNA og proteiner, der danner kromosomer i cellekernen. Forskerne var i stand til at forklare mekanismerne bag en proces, hvor omprogrammeringsfaktorerne går ind i områder på kromatinen, der åbner og lukker.

"Dette har afsløret områder af kromatin og transkriptionsfaktorer, som vi tidligere ikke vidste var vigtige for pluripotens, " sagde lektor Polo.

"Nu hvor vi ved, at de er vigtige, vi kan studere disse områder mere detaljeret og se, hvilken rolle de kan spille i udviklingen, regenerering eller endda kræft, " han sagde.

Medforfatter, Monash BDI's Dr Anja Knaupp tilføjede:"Gennem vores molekylære analyser er vi nu i stand til bedre at forstå og følgelig forbedre omprogrammeringsprocessen, som er afgørende, hvis vi i sidste ende ønsker at flytte denne teknologi ind i kliniske applikationer, " sagde Dr Knaupp.

Lektor Polo sagde, at sådanne fund i fremtiden kan bane vejen for, at væv kan regenereres i den menneskelige krop snarere end i laboratoriet. til produktion af "syntetiske celler" med egenskaber, der er skræddersyet til behovene hos forskere eller klinikere, eller til fremstilling af lægemidler, der efterligner disse faktorer.

"Hvert lag, vi tilføjer til, hjælper os med at tage et skridt fremad, " han sagde.

Sidste måneds avis i Naturens metoder karakteriseret og etableret en protokol til at skabe en form for humane iPS-celler - 'naive' celler - som mest ligner de første celler i et menneskeligt embryo.