от Калифорнийския университет, Сан Франциско

19 АВГУСТ 2019 Г.

https://medicalxpress.com/news/2019-08-clues-stem-cell-transplant-revealed.html?fbclid=IwAR0T7WCVdS_2gcNXBSQO5ZJ-MwGR6ZUZjsC2irNeL-QR5Di0TbPzgkR8mpQ

През 2006 г. учените откриха начин за „препрограмиране“ на зрели клетки - клетки на възрастни, например - в стволови клетки, които по принцип биха могли да създадат всяка тъкан или орган в тялото. Мнозина предположиха, че е само въпрос на време, докато тази новаторска техника намери своето място в клиниката и въведе революция в регенеративната медицина.

Тъй като един и същ пациент ще бъде и донор, и получател на клетки, получени от тези така наречени индуцирани плурипотентни стволови клетки(iPSCs), тези клетки ще се разглеждат като "аз" от имунната система , мисленето премина и не подлежи на проблемите с отхвърлянето, които нападат конвенционалните трансплантации.

Но iPSC не са се превърнали в лечението - всичко, което първоначално е било предвидено, поради непредвидени неуспехи, включително изненадващата предклинична констатация, че клетъчните трансплантации, получени от iPSC, често се отхвърлят, дори и след повторното им въвеждане в организма, от които клетките са получени.

Учените се мъчат да разберат защо се появява това отхвърляне. Но ново проучване от лабораторията за имунобиология на трансплантациите и стволовите клетки на UC в Сан Франциско в сътрудничество с Лабораторията по трансплантационна геномия в Националния институт за сърцето, белите дробове и кръвта (NHLBI) и Университета в Станфорд, показва, че възрастният до -iPSC процесът на преобразуване може да мутира ДНК, открита в малки клетъчни структури, наречени митохондрии. След това тези мутации могат да предизвикат имунен отговор, който кара мишките и хората да отхвърлят iPSCs и трансплантациите на стволови клетки по-общо.

„Ролята на митохондриите до голяма степен беше игнорирана в областта на регенеративната медицина, но по-ранните усилия в нашата лаборатория предположиха, че те могат да повлияят на резултата от трансплантация на стволови клетки, каза Тобиас Деуз, д.м. и водещ автор на новото проучване, публикувано на 19 август в Nature Biotechnology . „Важно е да разберем тяхната роля, така че да можем да контролираме качествено нашите инженерни клетки и да гарантираме, че продуктите от стволови клетки могат да бъдат трансплантирани на пациенти без отхвърляне . "

Често наричани енергийните къщи на клетката, митохондриите произвеждат енергията, която захранва почти всеки биологичен процес на Земята (изключение са бактериите, които нямат митохондрии). Но митохондриите са специални по друга причина: съдържат собствен геном.

"Ядреният" човешки геном, наречен така, защото се намира в ядрото на клетката, съдържа повече от 20 000 гена, кодиращи протеини, и 3 милиарда ДНК бази - четирибуквената химическа азбука, която представлява генетичния код. Човешкият митохондриален геном, за разлика от това, съдържа само 13 гена, кодиращи протеини, и по-малко от 17 000 бази. Въпреки това, в тъканите с високи енергийни нужди, малкият митохондриален геном може да допринесе непропорционално за общото съдържание на протеини в клетките.

„В клетки, които вършат много работа, като клетките на сърдечния мускул, до една трета от клетките, произвеждащи протеини иРНК молекули, са с митохондриален произход. Това означава, че тежестта на една мутация на митохондриите може да е огромна. в крайна сметка само с няколко протеина, които потенциално могат да провокират имунен отговор - вие получавате хиляди ", казва Соня Шрепфер, доктор по медицина, професор по хирургия и старши автор на новото изследване.

За да покажат, че такива митохондриални мутации могат да предизвикат имунен отговор, учените създадоха хибридни стволови клетки с ядрена ДНК от един миши щам и митохондриална ДНК от друг. Те трансплантираха тези клетки в мишки с идентична ядрена ДНК, но чиято митохондриална ДНК се различаваше по една база в два кодиращи протеина гена. Няколко дни след трансплантацията, те добиват имунни клетки от мишките и излагат клетките на различни митохондриални протеинови фрагменти. Единствените протеини, които предизвикаха отговор, бяха тези, произведени от двата "чужди" митохондриални гена.

Въпреки че подобни експерименти не могат да бъдат проведени при хора, учените успяха да измислят умно решение. „Набирахме пациенти с чернодробна и бъбречна трансплантация и проектирахме експерименти, които се възползваха от естествено срещащите се различия в последователността в митохондриалната ДНК на донори и реципиенти“, каза Деуз.

Както в експериментите с мишки, изследователите изолират имунните клетки от всеки получател на трансплантация - три и шест месеца по-късно в този случай - и излагат клетките на митохондриални протеинови фрагменти. Резултатите са идентични: имунните клетки на реципиента се задействат само от „чуждестранните“ митохондриални протеини, които произхождат от донора на органи.

„И при мишката, и при човека дори една мутация на митохондриите е достатъчна, за да има разпознаваем имунен отговор“, казва Шрепфер.

Но остава важен въпрос: дали клетките, получени от iPSC, да се държат по същия начин като клетките на черния дроб и бъбреците?

Оказва се, че процесът на конверсия на iPSC е силно мутагенен и поражда много нови, имуно-активиращи митохондриални мутации, каза Deuse. "При нормални физиологични условия митохондриалната ДНК е 10 до 20 пъти по-податлива на мутация от ядрената ДНК. Трансформирането на възрастни клетки в стволови клетки е тежък процес, така че очаквахме степента на мутация да бъде също толкова висока или по-висока."

Освен това, за разлика от ядрото, митохондриите нямат молекулярната машина, която поправя ДНК. Вместо това тялото разчита на имунната система, за да открие и унищожи клетките, които произвеждат непознати митохондриални протеини - ясен знак, че митохондриалната ДНК е мутирала.

Но клетките, които стават iPSC, се препрограмират и отглеждат извън тялото и не се подлагат на този процес на отслабване от имунната система, каза Шрепфер. "Ние не правим iPSC в организъм, ние ги правим в чаша на Петри при липса на имунно наблюдение. Колкото по-дълго култивираме тези клетки, толкова по-голям е шансът да бъдат въведени нови мутации или че много редки мутации са вече присъстващите ще бъдат разширени. Това прави iPSC по-вероятно да бъдат отхвърлени при трансплантация. "

Съавторът на проучването Хана Валантин, доктор по медицина, чиято лаборатория извърши генетичното секвениране за идентифициране на тези мутации на митохондриални ДНК, каза, че откритията могат да окажат значително влияние върху областта на трансплантацията.

„Това проучване разкрива възможен нов механизъм, чрез който трансплантациите се отхвърлят и който може да бъде използван в бъдеще за разработване на по-добри диагностични и имуносупресивни средства“, казва Валантин, водещ изследовател от Лабораторията по геномия на трансплантацията на органи в сърдечно-съдовия клон на NHLBI, част от Националните здравни институти.

Но iPSC трансплантациите не са обречени, казват Deuse и Schrepfer, които преди това са открили начин да направят iPSC „невидими“ за имунната система - техника, която може да гарантира, че iPSC и други стволови клетки с митохондриални мутации няма да бъдат отхвърлени. Но без този вид наметало за невидимост, новото проучване предполага, че може да се наложи клиничните лекари да извършват внимателни скрининг за митохондриални мутации, преди да прилагат терапии със стволови клетки.

„Основното е, че искаме да разберем хората за това явление. Само защото iPSCs са получени от вашите собствени клетки, не означава непременно, че те няма да предизвикат имунен отговор“ , каза Шрепфер. "Много лесно е да се въведат мутации по време на производството на iPSC, така че е критично, че iPSC и продуктите от стволови клетки, използвани терапевтично, се проверяват за митохондриални мутации преди трансплантацията."