Кіріспе

Жасанды процестердің түрі – трансдифференциация, сондай-ақ ұрпақтарды қайта бағдарламалау деп те аталады. Бұл бір жетілген соматикалық жасушаның аралық плюрипотенттік күйге немесе алғашқы жасуша түріне өтусіз, басқа жетілген соматикалық жасушаға айналу процесі. Бұл метаплазияның бір түрі болып табылады, ол барлық жасуша тағдырының өзгеруін қамтиды, соның ішінде дің жасушаларының бір-біріне айналуын да. Қазіргі уақытта трансдифференциация ауруларды модельдеу және жаңа дәрілерді табу үшін қолданылады, ал болашақта гендік терапия мен жаңару медицинасында қолданылуы мүмкін. "Трансдифференциация" терминін алғаш рет 1974 жылы Селман мен Кафатос жасуша қасиеттерінің өзгеруін сипаттау үшін қолданған, мысалы, жібек көбелегінің метаморфозы кезінде қуттикула жасайтын жасушалар тұз шығаратын жасушаларға айналғанда.

Ашылу

Дэвис және авторлар. 1987 жылы трансдифференциацияның алғашқы мысалы (көрінісі) тіркелді, онда жасуша бір ересек жасуша түрінен екіншісіне өзгерді. Егеуқұйрық эмбрионалды фибробластарын MyoD-ты өрнектеуге мәжбүрлеу, осы жасушаларды миобластарға айналдыру үшін жеткілікті екені анықталды.

Табиғи мысалдар

Ересек жасушаларының бір түрінен екінші түріне тікелей өзгеруінің жалғыз белгілі мысалдары Turritopsis dohrnii (сондай-ақ "өлмейтін медуза" деп те аталады) және Turritopsis nutricula түрлерінде кездеседі. Тритон балықтарында көз линзасы алынғанда, пигментті эпителий жасушалары дедифференциацияланып, кейін линза жасушаларына қайта дифференциацияланады. Винченцо Колуччи бұл құбылысты 1891 жылы сипаттады, ал Густав Вольф 1894 жылы осыған ұқсас нәрсені сипаттады; басымдық мәселесі Голландия (2021) еңбегінде қарастырылған. Адамдар мен егешқұйрықтарда қуырық асты безіндегі альфа жасушалары өздігінен тағдырын өзгертіп, бета жасушаларына трансдифференциацияланатыны көрсетілді. Бұл сау және диабетпен ауыратын адамдар мен егешқұйрықтардың панкреатикалық аралдарында расталған. Бұрын, ішек-асқазан жолы жасушаларының тегіс бұлшықет жасушаларының трансдифференциациясынан пайда болғаны есілген, бірақ бұл дұрыс емес екені дәлелденді.

Индукциялық және терапиялық мысалдар

Функционалдық трансдифференциацияның алғашқы мысалын Фербер және авторлар келтірді. Олар бауыр жасушаларының даму бағытын өзгертіп, оларды "бақша безге ұқсас" жасушаларға айналдырды. Жасушалар кең, функционалды және ұзаққа созылған трансдифференциация процесін іске қосты, бұл диабетке шалдыққан тышқандардағы гипергликемияның әсерін азайтты. Сонымен қатар, трансдифференциацияланған безге ұқсас жасушалар 1-типті диабетке тән аутоиммундық шабуылға төзімді екені анықталды. Екінші қадам – адамда трансдифференциацияны жүзеге асыру болды. Sapir және авторлар бір ген арқылы бауыр жасушаларын трансдукциялау арқылы адам бауыр жасушаларын без жасушаларына трансдифференциациялауға мүмкіндік берді. Бұл тәсіл тышқандарда, егеуқұйрықтарда, ксенопуста және адам тіндерінде көрсетілген. Гепатоциттен без жасушасына трансдифференциация процесінің схемалық моделі. Гепатоциттер қант диабетімен ауыратын науқастың бауырынан алынған биопсия арқылы алынады, ex vivo жағдайында өсіріліп, көбейтіледі, PDX1 вирусымен трансдукцияланады, функционалдық инсулин өндіретін без жасушаларына трансдифференциацияланады және науқасқа қайта трансплантацияланады. Сол сияқты, ересек еркек тышқанның ұрықтарындағы Сертоли жасушалары DMRT1 генін индукциялық жолмен жою арқылы гранулоза жасушаларына трансдифференциацияланады.

Ұрпақты оқыту әдісі

Бұл тәсілде мақсатты жасуша түрінің ата-жасушаларынан транскрипция факторлары трансдифференциацияны тудыру үшін соматикалық жасушаға трансфекцияланады, немесе біреу немесе екеуінен бастап, одан әрі қосымша факторлар енгізу арқылы. Нақты механизмдерді түсіндіруге қатысты бір теория бойынша, эктопиялық транскрипциялық факторлар жасушаны ертерек ата-жасушалық күйге бағыттайды, содан кейін оны жаңа жасуша түріне қайта бағыттайды. ДНК метилирлеу немесе гистон модификациясы арқылы хроматин құрылымының қайта құрылуы да маңызды рөл атқара алады. Бұл жерде in vitro және in vivo мысалдарының тізімі келтірілген. In vivo әдістермен егешкі жасушаларын трансфекциялау үшін in vitro эксперименттерінде қолданылатын векторлардың ұқсас түрлері пайдаланылады, бірақ вектор белгілі бір органға инъекцияланады. Жоу және авторлар (2008) гипергликемияны жеңілдету мақсатында панкреатикалық экзокринді жасушаларды β жасушаларға қайта бағдарламалау үшін егешкінің дорсальдік көкбауыр бөлігіне (қарын безі) Ngn3, Pdx1 және Mafa енгізді.

Эпигенетикалық белсендіру кезеңінің бастапқы әдісі

Соматикалық жасушалар алдымен уақытша (Oct4, Sox2, Nanog және т.б.) көпүрлі қайта бағдарламалау факторларымен трансфекцияланады, содан кейін қажетті тежегіш немесе белсендіретін факторлармен трансфекцияланады. Ин витро мысалдарының тізімі төменде келтірілген.

Фармакологиялық агенттер

ДНК метилирлеуін тежегіш 5-азацитидин жүрек жасушаларының скелеттік миобластарға фенотиптік трансдифференциациясын күшейтуі де мәлім. Простата қатерлі ісігінде андроген рецепторларына бағытталған емдеу пациенттердің бір бөлігінде нейроэндокриндік трансдифференциацияны тудырады. Осы пациенттерге арналған стандартты емдеу жоқ, ал ем салдарынан пайда болған нейроэндокриндік карцинома диагнозы қойылғандар көбінесе паллиативтік ем алады.

Әрекет ету механизмі

Транскрипция факторлары қайтымсыз процестің жылдам басталуына себеп болады. Бір рет pdx1 инъекциясынан кейін 8 ай өткен соң бауыр жасушаларының трансдифференциациясы байқалды. Көптеп дедифференциацияға қарамастан, тектік іздеу әдісі трансдифференциацияның ересек жасушалардан пайда болатынын дәлелдейді.

Могриф алгоритмі

Әрбір жасушаның түрленуіне қажетті жасушалық факторлардың бірегей жиынтығын анықтау – ұзақ және қымбат процеске толы, көптеген тәжірибе мен қателіктерге әкелетін шара. Осының салдарынан, жасуша түрленуі үшін маңызды жасушалық факторлардың жиынтығын анықтау – жасушаларды қайта бағдарламалау саласындағы зерттеушілердің алдындағы ең басты кедергі болып табылады. Халықаралық зерттеушілер тобы Mogrify (1) деп аталатын алгоритмді жасады, ол бір адам жасуша түрін екіншісіне түрлендіру үшін қажетті жасушалық факторлардың ең тиімді жиынтығын болжауға мүмкіндік береді. Тестілеу кезінде Mogrify бұрын жарияланған жасуша түрленулері үшін қажетті жасушалық факторлар жиынтығын дәл болжады. Mogrify-дың болжамдық қабілетін одан әрі растау үшін, команда адам жасушаларын қолдана отырып, зертханада екі жаңа жасуша түрлендіруін жүргізді, және бұл әрекеттер Mogrify болжамдарын ғана пайдалана отырып, екеуі де сәтті аяқталды. Mogrify басқа зерттеушілер мен ғалымдарға онлайн қолжетімді.

Бағалау

Трансдифференциацияланған жасушаларды зерттеу кезінде мақсатты жасуша түрінің маркерлерін табу және донор жасушаларының маркерлерінің жоқтығын анықтау маңызды, бұл жасыл флуоресцентті ақуыз немесе иммунодетекция арқылы іске асырылуы мүмкін. Сондай-ақ жасуша функцияларын, эпигеном, транскриптом және протеом профильдерін зерттеу де қажет. Жасушалардың тірі организмдегі сәйкес тіндерге ену қабілетіне қарай бағалау да жүргізіледі.

Тышқанның адам жасушасына көшуі

Жалпы, тышқан жасушаларында жүзеге асатын трансдифференциация адам жасушаларында тиімділік және жылдамдық тұрғысынан көрінбейді. Панг және авторлар тобы Ascl1, Brn2 және Myt1l транскрипция факторлары тышқан жасушаларын толыққанды нейрондарға айналдырғанын анықтады, ал дәл осы факторлар жиынтығы адам жасушаларын тек дамымаған нейрондарға ғана айналдырды. Дегенмен, NeuroD1 қосылуы тиімділікті арттырып, жасушалардың толыққанды жетілуіне жәрдемдесті.

Транскрипция факторларының экспрессиясының реті

Транскрипция факторларының экспрессиясының тізбегі жасушаның тағдырын анықтай алады. Ивасаки және авторлар (2006) гематопоэтикалық шежірелерде Гата 2 және (C/EBPalpha) экспрессиясының уақыты лимфоидтық міндеттелген алғашқы жасушалардың гранулоцит/моноцит алғашқы жасушаларына, эозинофилге, базофилге немесе екі потенциалды базофил/маст жасушасы алғашқы жасушаларына дифференциациялану мүмкіндігін өзгертетінін көрсетті.

Иммуногенділік

Индуцияланған плюрипотентті шешу жасушалары егеуқұйрыққа егілген кезде, үйлесімді егеуқұйрықтың иммундық жүйесі терратомалардың пайда болуын қабылдамады. Мұның бір себебі иммундық жүйе инъекцияланған жасушалардың нақты тізбектерінің эпигенетикалық белгілерін таныған болуы мүмкін. Дегенмен, эмбриондық шешу жасушалары егілгенде иммундық реакция әлдеқайда төмен болды. Трансдифференциацияланған жасушаларда осының болатыны әлі зерттеуді қажет етеді. Мысалы, фибробластардың нейрондық трансдифференциациясын тудыру үшін полимерлік тасымалдағышпен транскрипция факторларын кодтайтын плазмидалардың вируссыз жеткізілуі. Шешулерге шетелдік молекулалар енгенде, олардың мүмкін болатын кемшіліктерін және ісік өсуіне себеп болу мүмкіндігін ескеру қажет. Интеграцияланатын вирус векторлары геномға енген кезде мутацияларды тудыру қаупі бар. Осыдан қашудың бір жолы – қайта бағдарламалау орын алғаннан кейін вирус векторларын жою, мысалы, Cre Lox рекомбинациясы. Интеграцияланбайтын векторлардың қайта бағдарламалау тиімділігі және векторды жою мәселелері де бар. Басқа әдістер салыстырмалы түрде жаңа сала болып табылады және осы салада көп нәрсе ашылуы керек.

Плюрипотентті қайта бағдарламалау

Көптеген жасушаларды плюрипотенттікке қайта бағдарламалайтын факторлар анықталды және олардың көмегімен түрлі жасушаларды индуцирленген плюрипотентті дің жасушаларына (iPSC) айналдыруға болады. Дегенмен, жасушаның тегін өзгерте алатын көптеген қайта бағдарламалау факторлары әлі табылмаған, және бұл факторлар тек сол нақты тектің жасушаларына ғана қатысты. Трансдифференциацияланған жасушалардың түйірленген нәтижелерін клиникалық зерттеулерде қолдануға болады, бірақ iPSC-лерді ерекшелендіру қажет. Плурипотентті және трансдифференциацияланған жасушалар ересек жасушаларды пайдаланады, сондықтан бастапқы жасушалар оңай қолжетімді, ал адам эмбрионалды дің жасушаларын алу үшін заңдық шешімдер іздеуге және дің жасушалар зерттеуінің этикалық мәселелерін қарастыруға тура келеді.