• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Białko Nanog niezbędne do przeprogramowania dorosłych komórek w komórki macierzyste

    24.08.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Naukowcy z Japonii i Wlk. Brytanii, których prace są finansowane ze środków unijnych, rzucają nowe światło na sposób, w jaki komórki macierzyste przekształcają się w inny typ komórek. Ich odkrycie, że białko zwane Nanog leży u podstaw mechanizmu zapewniającego komórkom macierzystym ich niezwykłe właściwości, ma ogromne znaczenie dla przyszłego wykorzystania tych komórek w medycynie. Wyniki badań opisano w czasopiśmie Cell.

    Badania stanowiły część projektu EuroSyStem (Europejskie konsorcjum na rzecz systematycznej biologii komórek macierzystych), który został dofinansowany na kwotę 12 mln EUR z tematu "Zdrowie" Siódmego Programu Ramowego (7PR). Dwadzieścia pięć partnerskich grup badawczych projektu EuroSyStem bada podstawową biologię komórek macierzystych, łącząc specjalistyczne kompetencje z wielu dziedzin biologii i informatyki, aby wypracować nową wiedzę w tej ważnej dziedzinie.

    Komórki macierzyste są zadziwiająco elastyczne pod względem możliwości przekształcania się w dowolny typ komórek (np. w wątrobę, skórę lub nerwy) w rozwijającym się organizmie. Zdolność tę nazywa się pluripotencją (dosłownie "posiadanie kilki możliwych rezultatów") i stanowi ona przedmiot intensywnych badań. Istnieje kilka metod laboratoryjnych tworzenia pluripotencjalnych komórek poza zarodkiem przez przeprogramowywanie innych komórek. Wprawdzie naukowcy pogłębiają wiedzę na temat tego procesu, ale nie wiadomo do końca, jak dokładnie powstają te komórki.

    Zespół naukowców pod kierunkiem JosĂŠ Silvy i Jennifer Nichols z Wellcome Trust Centre for Stem Cell Research w Wlk. Brytanii zbadał rolę białka Nanog, o którym wiadomo z wcześniejszych odkryć, że odgrywa kluczową rolę w budowaniu pluripotencji. Nanog (nazwa wywodzi się z celtyckiego "Tir Nan Og" czyli "ziemia wiecznie młodych") ewidentnie odgrywało ważną rolę, ale jego dokładna funkcja pozostaje niejasna.

    "Skąd dokładnie bierze się pluripotencja pozostaje zagadką. Jeżeli chcemy opracować skuteczne, bezpieczne i niezawodne sposoby na generowanie tych komórek do zastosowań medycznych, musimy zrozumieć ten proces. Nasze badania dostarczają dodatkowych wskazówek na temat jego przebiegu" - mówi dr Silva.

    Aby wyjaśnić niektóre z paradoksów wynikających z wcześniejszych badań, naukowcy przyjrzeli się komórkom mózgu myszy, które nie posiadają genu wykazującego ekspresję Nanog. Kiedy sprowokowali komórki do przeprogramowywania się, te rozpoczęły proces, ale ugrzęzły w stanie zawieszenia nie będąc już w stanie osiągnąć pluripotencji. Kiedy naukowcy przyjrzeli się temu samemu typowi komórek, lecz posiadającemu gen wykazujący ekspresję Nanog, zaobserwowali, że komórki były w stanie przejść do pełnej pluripotencji.

    "Zidentyfikowano inne geny biorące udział w tym procesie, które działają jednak bardziej jak wyzwalacze" - wyjaśnia dr Silva. "Tutaj pojawia się Nanog. Bez Nanog, komórki zostają uwięzione na nieokreślonym etapie pośrednim."

    Naukowcy ustalili, że Nanog ma rzeczywiście kluczowe znaczenie, ale pojawia się w późnej fazie procesu. Ich obserwacje wskazują, że białko jest potrzebne na końcowym etapie przeprogramowywania, kiedy inne czynniki już są już gotowe. Badania jako pierwsze dokładnie wskazują na czas działania Nanog.

    "Wyniki naszych badań pokazują, że to wyjątkowe białko uruchamia ostatni przełącznik w wieloetapowym procesie, który zapewnia komórkom niezwykle silne właściwości pluripotencyjne" - wyjaśnia dr Silva. "Wykazaliśmy, że Nanog jest absolutnie niezbędne do przeprogramowania dorosłych komórek z powrotem w embrionalne komórki macierzyste i to samo dotyczy także komórek embrionalnych."

    Autorzy podsumowują, że Nanog odgrywa główną rolę w kluczowym mechanizmie, aranżując w jakiś sposób sieć genów i białek, aby doprowadzić do pluripotencji.

    Kolejnym zadaniem stojącym przed naukowcami jest rozwikłanie złożonych interakcji wszystkich tych czynników, aby dokładnie zobaczyć, w jaki sposób Nanog wpływa na molekuły, doprowadzając do pluripotencji. Taka wiedza pomoże naukowcom wytwarzać w laboratorium komórki macierzyste, które można by wykorzystywać do leczenia poważnych schorzeń takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Cell:
    http://www.cell.com/

    EuroSyStem:
    www.eurosystemproject.eu

    Uniwersytet Cambridge:
    http://www.cam.ac.uk/

    Więcej informacji nt. badań medycznych finansowanych ze środków unijnych:
    http://ec.europa.eu/research/health/index_en.html

    Źródło danych: Uniwersytet Cambridge; Cell
    Referencje dokumentu: Silva J., et al. (2009) Nanog is the Gateway to the Pluripotent Ground State. Cell 138: 722-737. Publikacja internetowa z dnia 21 sierpnia; DOI10.1016/j.cell.2009.07.039.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Komórki iPS (ang. iPSC – induced pluripotent stem cells) – rodzaj pluripotencjalnych komórek macierzystych, które zostały sztucznie otrzymane z nie-pluripotentnych komórek (przeważnie komórek somatycznych dorosłego człowieka) przez wymuszenie ekspresji odpowiednich genów w tych komórkach. Komórki satelitarne – komórki macierzyste mięśni szkieletowych. Powstają z mioblastów, które nie zlały się do roboczych komórek mięśniowych, lecz ściśle do nich przylegają. U dorosłego człowieka ich jądra stanowią ok. 5% jąder komórek mięśniowych. Uaktywniają się przy uszkodzeniu lub trenowaniu mięśnia, prowadząc do regeneracji lub przerostu komórek mięśniowych. W warunkach doświadczalnych udaje się je różnicować do innych komórek niż mięśniowe. Embrionalne komórki macierzyste (ang. Embryonic Stem Cell – ESC) – komórki, które mogą dać początek wszystkim możliwym tkankom. Komórki macierzyste pięciodniowego zarodka mogą rozwinąć się w dowolny typ komórek i teoretycznie zastąpić uszkodzone komórki, których organizm nie jest w stanie odtworzyć.

    Rakowe komórki macierzyste (ang. Cancer stem cells, CSCs) - to inicjalne, niezróżnicowane komórki rakowe (obecne w guzach i nowotworach układu krwiotwórczego), mające możliwość przekształcania się we wszystkie rodzaje komórek tworzących masę nowotworową.
    Jedna z teorii wyjaśniających proces nowotworzenia zakłada, że rakowe komórki macierzyste są prekursorami innych komórek nowotworowych i odgrywają kluczową rolę w powstawaniu raka. Komórki te, w przeciwieństwie do innych komórek rakowych, są rakotwórcze (same w sobie mają zdolność do wywoływania raka). Podejrzewa się, że CSCs są przyczyną występowania przerzutów i nawrotów choroby nowotworowej. Bank komórek macierzystych (ang. Stem Cell Bank) – zakład biotechnologiczny zajmujący się przechowywaniem dorosłych komórek macierzystych pobieranych typowo z krwi pępowinowej.

    Pluripotencja (pluripotencjalność) jest zdolnością pojedynczej komórki do zróżnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych poza komórkami trofoblastu, które w późniejszych stadiach rozwoju tworzą łożysko. Z pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących z najwcześniejszego stadium zarodka – 5-dniowej blastocysty biorą początek komórki wszystkich tkanek i narządów. Zaledwie 30-35 tych komórek, z których składa się węzeł zarodkowy blastocysty "gromadzi" instrukcje dla 100 bilionów (10) komórek tworzących ludzki organizm. Krew pępowinowa - stanowi źródło krwiotwórczych komórek macierzystych oraz komórek mezenchymy. Ta krew jest jedynym źródłem komórek macierzystych niewymagającym używania metod inwazyjnych u dawcy.

    Terapia komórkowa - rozwijająca się w medycynie gałąź terapii, polegająca na wykorzystaniu ludzkich komórek do regeneracji uszkodzonych tkanek lub narządów pacjenta. Komórki te mogą pochodzić z tego samego pacjenta, lub od dawcy. Metoda ta różni się od przeszczepów tym, że korzysta się w niej nie z całych narządów lub tkanek, ale z wyizolowanych, oczyszczonych i czasem zmodyfikowanych komórek. Do terapii komórkowej często stosuje się komórki macierzyste lub progenitorowe, które posiadają wewnętrzny potencjał regeneracji uszkodzonych tkanek. Przykładowo, ostatnio pojawia się coraz więcej doniesień o skutecznym wykorzystaniu komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego do regeneracji mięśnia sercowego po zawale. Komórki NK (ang. Natural Killer – naturalni zabójcy) – główna grupa komórek układu odpornościowego odpowiedzialna za zjawisko naturalnej cytotoksyczności. Komórki NK zostały odkryte w latach 70. XX w. u osób zdrowych, wśród których nie spodziewano się odpowiedzi przeciwnowotworowej. Okazało się, że taka odpowiedź jednak występuje i jest silniejsza niż u osób chorych. Obok komórek NK za taki efekt odpowiadają hipotetyczne komórki NC. Ze względu na swoje właściwości komórki NK są zaliczane do komórek K. Efekt cytotoksyczny jest widoczny już po 4 godz. od kontaktu z antygenem i standardowo testuje się go na linii białaczkowej K562.

    Komórki NC (ang. Natural Cytotoxic cells – komórki naturalnie cytotoksyczne) – hipotetyczne i być może nieistniejące komórki, którym przypisuje się cytotoksyczność naturalną. Istnienie tych komórek opisano u myszy, u których wraz z wiekiem dochodzi do utraty aktywności komórek NK, ale jednocześnie wciąż istnieje grupa komórek, która wykazuje cytotoksyczność naturalną nie zanikającą w trakcie starzenia się . Nie posiadają one markerów różnicowania komórek NK , mają natomiast zdolność lizowania komórek nowotworowych i są pobudzane przez IL-2 i IL-3 . Komórki NC nie posiadają także cech właściwych limfocytom T, limfocytom B oraz makrofagom . W trakcie rozwoju osobniczego pojawiają się wcześnie - ich aktywność opisano już w 10-dniowych zarodkach mysich .

    Anaplazja – brak zróżnicowania lub proces odróżnicowania się komórek, powstawanie z komórek zróżnicowanych nowych pokoleń komórek o coraz to mniejszym stopniu zróżnicowania albo też zatrzymanie różnicowania (dojrzewania) komórki wraz z zachowaną zdolnością do mnożenia się. Charakterystyczna dla nowotworów złośliwych. Obecnie uważa się, że raczej nowotwory powstają z komórek macierzystych niż że dochodzi do procesu odróżnicowania.

    Definicja intuicyjna:
    Automat komórkowy to system składający się z pojedynczych komórek, znajdujących się obok siebie. Ich układ przypomina szachownicę lub planszę do gry. Każda z komórek może przyjąć jeden ze stanów, przy czym liczba stanów jest skończona, ale dowolnie duża. Stan komórki zmieniany jest synchronicznie zgodnie z regułami mówiącymi, w jaki sposób nowy stan komórki zależy od jej obecnego stanu i stanu jej sąsiadów. Komórki Betza lub olbrzymie komórki piramidowe – rodzaj neuronów piramidowych zlokalizowanych w V warstwie istoty szarej pierwszorzędowej kory ruchowej (M1). Zostały opisane w 1874 roku przez rosyjskiego anatoma i histologa Władimira Betza. Są to jedne z największych komórek ośrodkowego układu nerwowego, ich perikariony mają nawet 100 μm średnicy. Komórki Betza wysyłają aksony do rdzenia kręgowego, gdzie tworzą synapsy z komórkami rogów przednich, stanowią zatem pierwszy neuron dróg piramidowych (nazwa komórek piramidowych wzięła się jednak od ich kształtu, zanim poznano dokładny przebieg dróg piramidowych). Komórki Betza mają jeden apikalny dendryt, jak inne komórki piramidowe, poza nim mają też liczne odgałęziające się w różnych komórkach asymetryczne dendryty, z których większość dochodzi do warstw V i VI kory, a także głębiej, do istoty białej mózgu. Według jednej pracy, komórki Betza stanowiły do 10% populacji wszystkich komórek piramidowych warstwy Vb pierwotnej kory ruchowej.

    Merystemoidy – miejsce w obrębie tkanek stałych, w którym następuje różnicowanie się komórek w kierunku bardziej wyspecjalizowanych. Miejsce takie może charakteryzować się zwiększona aktywnością podziałową. Przykładem są komórki macierzyste aparatów szparkowych lub komórki inicjalne włosków czyli tworów epidermy. Zwykle dochodzi do zahamowania różnicowania się komórek w okolicy merystemoidu, co skutkuje równomiernym rozłożeniem stryktur powstających z merystemoidu.

    Dodano: 24.08.2009. 15:11  


    Najnowsze