Команда ученых раскрыла подробности о клеточных механизмах, которые контролируют прямого программирования стволовых клеток в двигательные нейроны. Ученые проанализировали изменения, которые происходят в клетках в течение процесса перепрограммирования. Они обнаружили, динамичный, многоступенчатый процесс, в котором несколько независимых изменений, в конечном счете, сходятся на трансформации стволовых клеток в двигательные нейроны. "Существует большой интерес в формировании двигательных нейронов для изучения основныхпроцессов развития, а также заболеваний человека, таких как бас и спинальная мышечная атрофия", - говорит Шон Махони, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии в университете штата Пенсильвания и один из ведущих авторов статьи. "Описывая механизмы, лежащие в основе прямого программирования двигательных нейронов из стволовых клеток, наше исследование не только информирует о развитии двигательных нейронов и сопутствующих заболеваниях, но и объясняет процесснепосредственного программирования и может помочь с развитием методов генерации в другие типы клеток." Прямой метод программирования может в конечном счете использоваться, чтобы восстановить отсутствующие или поврежденные клетки путем преобразования других типов клеток в одну. Результаты исследования, в журнале Cell показывают проблемы, с которыми сталкивается текущии технологии, но они также намечают потенциальные пути к созданию более эффективных методов. "Несмотря на огромный терапевтический потенциал, непосредственное программирование, как правило, неэффективно и не в полной мере учитывает молекулярной сложности", - говорит Эстебан Маццони, доцент кафедры биологии и один из ведущих авторов исследования Нью-Йоркского университета. "Однако, наши результаты указывают на возможные пути усиления методовгенной терапии. Исследователи показали раньше, что они могут превратить мышиные эмбриональные стволовые клетки в двигательные нейроны с помощью трех транскрипционных факторов -- генов, которые контролируют экспрессию других генов в стволовых клетках. Трансформация занимает около двух дней. Для того, чтобы лучше понять клеточные и генетические механизмы, ответственные за преобразование, исследователи проанализировали, как транскрипционные факторы связаны с геномом, изменения в экспрессии генов и модификации хроматина с 6-часовыми интервалами в течение преобразования. "У нас есть очень эффективная система, котораяможем преобразовать стволовые клетки в двигательные нейроныпримерно с 90 - 95 процентной вероятностью, добавив в коктейль транскрипционных факторов", - сказал Махони. "Из-за этой эффективности, мы смогли использовать наши системы, чтобы выведать подробности того, что на самом деле происходит в клетке во время этой трансформации." "Клетка в эмбрионе развивается, проходя через несколько промежуточных этапов", - говорит Уве Олером, старший научный сотрудник Макс Дельбрюк-центра в Берлине и один из ведущих авторов работы;мы меняем сеть транскрипции генов клетки на совершенно новую, без прохождения промежуточных этапов. Мы спросили, каковы сроки и кинетика изменения хроматина и транскрипци, которые напрямую ведут к окончательной судьбе клетки?" Исследовательская группа обнаружила удивительную сложность -- программирование этих стволовых клеток в нейроны является результатом двух независимых процессов транскрипции, которые в конечном итоге сходятся. Уже на ранней стадии, две из факторов транскрипции-Isl1 и Lhx3-работают в тандеме, связываясь с геномом и начиная каскад событий, включая изменение структуры хроматина и экспрессию генов в клетках. Третий фактор транскрипции, Ngn2, действует самостоятельно, внося дополнительные изменения в экспрессию генов. Позже в процессе трансформации, Isl1 и Lhx3 рассчитывает на изменения в клетке, инициированные Ngn2, чтобы помочь завершить трансформацию. Для прямого программирования, чтобы успешно достичь клеточного преобразования, необходимо скоординировать действия этих двух процессов. "Многие считают прямое программирование потенциально привлекательным способом, так как оно может быть выполнено либо в пробирке, вне живого организма ... или в естественных условиях -- внутри тела и, главное, на месте повреждения клеток. "Тем не менее, остаются вопросы о ее жизнеспособности для ремонта клеток, особенно учитывая сложный характер биологического процесса. Забегая вперед, мы считаем, что это разумно использовать вновь полученные знания, чтобы, напримере, управлять клетками в спинном мозге, чтобы заменить нейроны, необходимые для произвольных движений, которые разрушаются такими болезнями как боковой амиотрофический склероз".