Жил-был клон / Общество и наука / Наука

Жил-был клон / Общество и наука / Наука

Жил-был клон

/  Общество и наука /  Наука

Взрослые клетки организма можно перепрограммировать в эмбриональные. Это с блеском доказали нобелевские лауреаты по медицине и физиологии 2012 года

Шутка о том, что для того, чтобы получить Нобелевскую премию, надо быть женатым 60-летним американцем, окончившим Гарвард, в нынешнем году осталась только шуткой. Обычно Страна восходящего солнца не считалась поставщиком «получантов» самой престижной научной премии в мире. За всю нобелевскую историю лауреатов из этой страны было совсем немного. Однако участники встречи Международного общества по изучению стволовых клеток, проходившей в этом году в Японии, на этот раз не были так уверены, что Нобелевский комитет прокатит японцев в очередной раз. «В заседаниях конгресса участвовала сама японская императорская чета, — рассказывает руководитель лаборатории генетических основ клеточных технологий Института общей генетики РАН Сергей Киселев. — И было ясно, что исследованиям стволовых клеток в этой стране дан зеленый свет». Причина столь пристального императорского интереса к стволовым клеткам понятна. Синъя Яманака, 50-летний профессор Киотского университета, несколько лет назад сделал в этой области революционное открытие. В 2007 году он и профессор из США одновременно опубликовали в двух разных научных журналах статьи о перепрограммировании обычных клеток человеческого организма в эмбриональные стволовые клетки. Но годом раньше Яманака проделал подобное с мышиными клетками. А значит, его приоритет был неоспорим.

Вопреки традиции открытие Яманаки ожидало признания нобелевского комитета совсем недолго. Чего не скажешь о Джоне Гердоне из Великобритании, который должен получить вторую половину премии по медицине и физиологии. Он опубликовал статью с результатами пионерского эксперимента по клонированию лягушек аж в 1962 году. Кстати, по стечению обстоятельств именно в этом году родился Синъя Яманака. Так что Джону Гердону пришлось ждать полвека, пока его коллега по лауреатству подрастет и выбьется в люди. Судьба его открытия была невероятно трудной. Хотя ему удалось клонировать лягушку, еще когда он был аспирантом, многие годы ученые относились к его эксперименту с недоверием. Гердон взял яйцеклетку лягушки, уничтожил ее ядро ультрафиолетовым облучением и заменил его ядром, взятым из клетки головастика. Из модифицированной клетки, получившейся в результате, вырос клонированный головастик. Эксперимент увенчался успехом. Однако незадолго до этого подобное пытались проделать американцы Роберт Бриггс и Томас Кинг, которые в отличие от никому не известного аспиранта слыли корифеями в своей области. У них не получилось, и Джону Гердону поверили только через 10 лет. А в 1997 году Ян Вилмут объявил о клонировании знаменитой овечки Долли. Это, конечно, привлекло некоторое внимание к открытию Гердона — ведь пионером был именно он. Однако история Долли оказалась столь звездной, что о Джоне Гердоне с его головастиками никто и не вспоминал. Сейчас обыватели, услышав о Нобелевской премии за клонирование, удивленно поднимают брови: разве награда положена не Вилмуту? Впрочем, Синъя Яманака ничуть не умаляет значения экспериментов Джона Гердона. «Я начал свой проект благодаря тем опытам, которые он проделал 50 лет назад», — сказал он в своем нобелевском интервью.

В 2006 году Яманаке удалось трансформировать клетки хвоста мыши в те, которые, по его наблюдениям, вели себя как стволовые эмбриональные. Для этого использовали четыре гена — c-MYC, OCT 3/4, SOX2, KLF4. Они кодируют белки-факторы, пробуждающие определенные функции клетки, которые работают, только когда эмбрион развивается. Взрослую клетку перепрограммировали, поместив в нее эти гены. Средством доставки был ретровирус, способный встраиваться в геном клетки-хозяина. Вирус доставил нужные гены прямиком в ядро клетки. И она действительно перепрограммировалась в нечто, очень похожее на эмбриональную стволовую клетку. Яманака назвал ее индуцированной плюрипотентной стволовой клеткой — ведь ее потомками могли стать любые клетки организма.

Дело было за малым: доказать, что подобные манипуляции возможны и с клетками человека. Исследователи из группы Яманаки взяли фибробласты — клетки кожи — у 36-летней женщины и 69-летнего мужчины. В них поместили тот самый набор из четырех генов. В качестве транспортного средства, доставившего гены в клетку, использовали вирус иммунодефицита человека. «Гены плюрипотентности» сделали свою работу, и тут, несмотря на разницу в возрасте доноров, их перепрограммированные клетки будто заново родились. Они могли дать начало практически любой ткани тела, как и положено стволовым клеткам эмбриона.

Перспективы были самые радужные, однако поначалу специалисты считали, что до практического применения новой технологии еще очень далеко. Во-первых, в качестве средства транспортировки использовался ретровирус — в эксперименте с клетками человека вообще ВИЧ. Поскольку ретровирус вмешивается в геном клетки, он может нарушить работу генов: «взбесившаяся» клетка положит начало развитию опухоли. Однако со временем эту проблему удалось решить. Сейчас для доставки «плюрипотентных генов» используют вирусы, не внедряющиеся в геном, кусочки РНК или белки. Второе возражение тоже было существенным. Гены, с помощью которых перепрограммировали клетку, оказались не вполне безобидными. «с-MYC — это реальный онкоген», — говорит Сергей Киселев. Получалось, что ни о каком лечении с помощью таких клеток не могло быть и речи. Никто бы не додумался помещать в организм то, что может положить начало опухоли. Однако и этот барьер удалось преодолеть. Оказалось, что для перепрограммирования некоторых видов взрослых клеток требуется меньшее количество генов. Например, нейроны мышей можно превратить в плюрипотентные стволовые клетки с помощью всего одного гена — Oct4. «Более того, были получены интересные данные о том, что в определенных условиях при перепрограммировании клеток некоторые гены можно заменить небольшими молекулами химических соединений, таких, как в обычных лекарствах, — добавляет Сергей Киселев. — Сейчас идет активный поиск этих веществ».

Было еще одно, главное возражение — казалось, что обойти его особенно непросто. Ученые подтвердили, что полученные ими плюрипотентные клетки очень похожи на эмбриональные стволовые. Однако как доказать, что они имеют такие же возможности? Заложен ли в них схожий потенциал? И безопасны ли они для человека? Поначалу казалось, что на проверку могут уйти десятилетия. Проблема была еще и в том, что ученым никак не удавалось вырастить из плюрипотентных стволовых клеток половые, ведь у тех более сложные программы развития, чем у обычных. Но после того как выяснилось, что мышата, рожденные из созданных в лаборатории яйцеклеток, вполне здоровы и готовы иметь потомство, доводов в пользу индуцированных плюрипотентных стволовых клеток стало еще больше. Но это еще не все. Похоже, что вскоре можно будет переориентировать клетки организма, вообще минуя стадию плюрипотентности. Исследования Яманаки вдохновили ученых, действовавших в этом направлении. Например, уже известно, что клетки желез внешней секреции можно превратить в клетки желез внутренней секреции. Клетки сердечной мышцы и нейроны можно получить из клеток кожи, фибробластов.

В общем, хотя ученым предстоит провести многочисленные исследования безопасности «перепрофилированных» клеток для пациентов, всем уже очевидно, что перед ними открылось многообещающее поле деятельности. Конечно, приоритет здесь по праву принадлежит первооткрывателю. И Синъя Яманака наверняка воспользуется преимуществами молодого нобелевского лауреата, получившего полновесное признание своих достижений на пике научной карьеры. На встрече с прессой в Киотском университете он признался, что больше всего хочет как можно скорее вернуться в свою лабораторию и продолжить работу. В том, что у него будут для этого все возможности, сомневаться не приходится, ведь он стал в Японии национальным героем. Известно, что ему уже позвонили из правительства — посоветоваться, какие меры на государственном уровне могли бы способствовать продвижению его исследований, и посулить щедрое финансирование — и подчеркнули, что Япония должна вкладывать деньги в перспективные области науки и технологий, которые нужно развивать. «И это при том, что еще до присуждения Нобелевской премии для Яманаки решили открыть собственный институт с бюджетом 145 миллионов долларов в год, — рассказывает Сергей Киселев. — Для сравнения: годовой бюджет очень хорошей лаборатории западного уровня составляет пять миллионов долларов».

Эти деньги наверняка найдут применение — в 2013 году Синъя Яманака впервые начнет использование индуцированных плюрипотентных клеток для лечения людей. «Есть такое заболевание — возрастная макулодистрофия, — рассказывает Сергей Киселев. — Это одна из самых распространенных причин слепоты у людей старше 55. При макулодистрофии гибнут фоторецепторы центральной зоны сетчатки. Однако было замечено, что остановить процесс помогает трансплантация клеток пигментного эпителия. Раньше эти клетки брали с периферии сетчатки самого больного. Теперь появилась возможность вырастить пигментный эпителий из его же индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые в свою очередь можно получить из частички его кожи. Синъя Яманака получил разрешение начать клинические исследования в этой области». Никто не скрывает: Синъя Яманака взялся за клетки сетчатки глаза прежде всего потому, что их состояние легко контролировать, ведь они находятся почти что вне организма. Первое применение в клинике созданных им клеток чревато непредсказуемыми последствиями, с которыми нелегко было бы справиться, если бы больному трансплантировали, например, клетки сердца. Однако если первый опыт лечения окажется успешным, не за горами пересадка клеток при диабете и рассеянном склерозе. Да мало ли заболеваний, при которых не будет лишним дополнительный строительный материал в виде клеток, сделанных «из материала заказчика»? Впрочем, есть и другое применение плюрипотентных клеток. «Речь идет об испытании лекарств, — говорит Сергей Киселев. — Известно, что сейчас лекарства отрабатываются на животных моделях, поэтому значительная их часть отбраковывается при клинических испытаниях — какие-то оказываются неэффективными, а какие-то и токсичными. Теперь есть возможность еще до внесения в клинику проверить действие препаратов на клеточных культурах, выращенных из плюрипотентных стволовых клеток человека». Сейчас такие исследования ведутся и в России. В лаборатории Московского физико-технического института, возглавляемой получателем российского мегагранта Константином Агладзе, из таких клеток создана модель сердца. Такая же существует и в Киотском университете. «Я как можно скорее хочу довести свою технологию до пациентов», — признался Синъя Яманака. В том, что это ему удастся, нет особых сомнений.