Что объединяет открытия этих двух замечательных ученых? Каковы причины того, что они были удостоены столь высокой научной награды? На эти вопросы отвечают директор Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН академик Валентин Викторович Власов, заведующий лабораторией эпигенетики развития Института цитологии и генетики СО РАН доктор биологических наук Сурен Минасович Закиян и кандидат биологических наук Сергей Петрович Медведев (ИЦиГ СО РАН).
- Открытия Гердона и Яманаки разделяет практически пятидесятилетний временной промежуток. Еще в 1962 году Джон Гердон, в то время работавший в Оксфордском университете, опубликовал в журнале Journal of Embryology and Experimental Morphology статью, в которой показал, что после пересадки ядра из клетки кишечника лягушки в яйцеклетку (ооцит) происходит нормальное развитие взрослого организма лягушки, без каких-либо аномалий. Это открытие совершило настоящую революцию в биологии, поскольку впервые было показано, что развитие организмов не является строго направленным процессом и может быть обращено вспять некими факторами, содержащимися в ооцитах. По сути, эксперименты Гердона были первыми шагами в направлении клонирования животных, которые привели к бурному развитию соответствующих технологий, в частности клонирования млекопитающих, к коим относится и человек. В 1996 году группой британского ученого Яна Вилмута (Ian Wilmut) была клонирована овца – знаменитая Долли. Сейчас технология клонирования млекопитающих не является чем-то экзотическим, эксперименты по клонированию мышей и других животных с исследовательскими целями производятся во многих научных лабораториях по всему миру. Помимо явного интереса со стороны ученых, клонирование животных привлекло огромный общественный интерес, который, по понятным причинам, в основном был связан с возможностью клонирования человека. Общество осознало опасность того, что методы, разработанные учеными для фундаментальных исследований процессов и явлений, происходящих на самых ранних стадиях развития организмов, могут быть использованы не только в интересах биотехнологий, развиваемых во благо человека, но и в корыстных целях, например, для получения клонов человека как источника органов для трансплантации.
Действительно, проблема недостатка органов и тканей для пересадки стоит в современном мире очень остро. Рост уровня сердечно-сосудистых, нейродегенеративных заболеваний, сахарного диабета и рака уже привел к тому, что тысячи людей по всему миру умирают, так и не дождавшись своей очереди для трансплантации. Одной из задач современной биологии и медицины, безусловно, является поиск новых методов и подходов для решения этой проблемы. Одним из возможных и, пожалуй, наиболее перспективных источников, которые могут дать врачам материал для трансплантации, являются стволовые клетки. Современная наука знает множество типов стволовых клеток: это и стволовые клетки взрослого организма, которые есть практически в любом органе человеческого тела, и эмбриональные стволовые клетки, получаемые из ранних эмбрионов млекопитающих, в том числе человека. На последнем типе клеток стоит остановиться подробнее. Эмбриональные стволовые клетки были впервые выделены из эмбрионов мыши в 1981 году Мартином Эвансом (Martin Evans) и Мэтью Кауфманом (Matthew Kaufman), а также независимо от них Гэйл Мартин (Gail Martin). Много позже, в 1998 году, Джеймсом Томпсоном (James Thompson) была впервые опубликована работа по получению эмбриональных стволовых клеток человека.
Чем так хороши эти клетки? Все дело в их основном свойстве – плюрипотентности, т.е. способности дифференцироваться в любые клетки, из которых состоит взрослый организм. К тому же, эти клетки могут поддерживаться или храниться в лабораторных условиях неограниченное время, давая исследователям неиссякаемый источник различных типов клеток. Например, из эмбриональных стволовых клеток в лаборатории научились получать нейроны, клетки сердечной мышцы, клетки печени, поджелудочной железы. В США уже начаты клинические испытания по применению производных эмбриональных стволовых клеток в регенеративной терапии заболеваний. Исследования эмбриональных стволовых клеток внесли неоценимый вклад в понимание процессов, происходящих во время эмбрионального развития животных и человека. Однако полномасштабному применению эмбриональных клеток мешает важное обстоятельство – для их получения нужны эмбрионы. Для получения банка линий клеток, которые бы подходили для широких масс населения по иммунологическим показателям, необходимо много эмбрионов. К тому же эксперименты по манипулированию эмбриональными клетками и их применение в биотехнологии встретили целый ряд проблем этического характера. Решение этой проблемы было найдено вторым из лауреатов Нобелевской премии 2012 года по физиологии и медицине – Синьей Яманакой.
Синья Яманака – японский ученый, родившийся 4 сентября 1962 (год, когда Джон Гердон опубликовал свою «нобелевскую» работу). Путь Синьи Яманаки в науку был непростым. Получив высшее медицинское образование в Университете Кобэ, он не отличался большим мастерством в медицинском деле и, по словам соратников, был очень плохим хирургом. Поняв, что не сможет добиться успехов в медицине, Яманака продолжил свою карьеру на поприще исследователя в Институте сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона (Сан-Франциско), Медицинской школе Университета Осаки и Институте науки и технологий Нара. Основным направлением исследований будущего нобелевского лауреата стало изучение молекулярных основ поддержания самообновления и плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток. Вероятно, именно данные исследования привели Синью Яманаку к его важнейшему открытию. В 2006 году Синья Яманака опубликовал в журнале Cell статью, в которой показал, что искусственно повышенная работа четырех генов - Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc (теперь в литературе их часто называют «факторы Яманаки») - в культивируемых клетках кожи мыши вызывает полное преобразование клеток, в результате чего формируются клетки, по своим свойствам очень похожие на эмбриональные стволовые клетки. Такие клетки он назвал индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
Если сравнивать судьбу клеток с судьбой человека, то прослеживается следующая аналогия. Клетки эмбриона на ранних стадиях развития можно считать детством, когда все дороги открыты, и ребенок может стать кем угодно: врачом, космонавтом, пожарным и т.д. Все мы взрослеем, и все труднее становится изменить свой путь. Дифференцировку клеток, происходящую в процессе развития, можно сравнить с взрослением и определением жизненного пути. Если клетка стала клеткой кожи, то она уже не будет нейроном или клеткой сердечной мышцы. Но Синья Яманака нашел способ вернуть клетку в ее «детство», когда она вновь может выбирать путь, возможно, уже совсем новый.
Открытие индуцированной плюрипотентности вызвало огромный резонанс в научном сообществе, поскольку полученный новый тип стволовых клеток имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с эмбриональными стволовыми клетками индуцированные стволовые клетки могут быть получены из различных типов соматических клеток человека (от фибробластов кожи до клеток периферической крови). Методики выделения соматических клеток, пригодных для получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, как правило, являются малоинвазивными. По своим свойствам индуцированные клетки очень близки к эмбриональным стволовым клеткам человека, т.е. являются плюрипотентными и могут давать после дифференцировки практически все виды клеток, из которых состоит тело взрослого человека. Индуцированные клетки обладают неограниченным потенциалом пролиферации в культуре и при необходимости могут быть получены в масштабе, необходимом для проведения скрининга библиотек лекарственных соединений. Они могут быть направленно дифференцированы в тот тип клеток, который необходим для проведения исследований. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки аутологичны по отношению к донору соматических клеток и могут быть получены от конкретного пациента в любой период его жизни, что дает возможность поиска лекарств и исследования их возможных токсических свойств на клетках пациентов с конкретным генетическим фоном. Данное свойство индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может сделать их одной из основ медицины нового поколения, так называемой индивидуальной медицины.
В настоящий момент технологии, основанные на индуцированной плюрипотентности, активно развиваются. Множество научных групп по всему миру ищут новые способы получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, совершенствуют способы дифференцировки в те или иные производные. Уже получено немало линий индуцированных клеток, моделирующих неизлечимые заболевания человека, что позволит изучить болезни на молекулярном и клеточном уровнях и, возможно, найти новые способы их лечения. Приятно отметить, что сибирские ученые также участвуют в развитии технологий, основанных на применении индуцированных стволовых клеток. В лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ (руководитель С.М. Закиян) группой молодых ученых под руководством кандидата биологических наук Сергея Петровича Медведева из клеток кожи и нейральных стволовых клеток человека получены и исследованы индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, разрабатываются новые методы их дифференцировки, технологии исправления генных мутаций в индуцированных клетках и моделирования с их помощью болезней человека, таких как боковой амиотрофический склероз. Совместно с НИИ патологии кровообращения им. Е.Н.Мешалкина и ИХБФМ разрабатываются технологии получения тканей и органов для регенеративной медицины. Цель данных исследований – сделать биомедицинские технологии, основанные на применении индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, безопасными и пригодными для практической медицины.
- Открытия Гердона и Яманаки разделяет практически пятидесятилетний временной промежуток. Еще в 1962 году Джон Гердон, в то время работавший в Оксфордском университете, опубликовал в журнале Journal of Embryology and Experimental Morphology статью, в которой показал, что после пересадки ядра из клетки кишечника лягушки в яйцеклетку (ооцит) происходит нормальное развитие взрослого организма лягушки, без каких-либо аномалий. Это открытие совершило настоящую революцию в биологии, поскольку впервые было показано, что развитие организмов не является строго направленным процессом и может быть обращено вспять некими факторами, содержащимися в ооцитах. По сути, эксперименты Гердона были первыми шагами в направлении клонирования животных, которые привели к бурному развитию соответствующих технологий, в частности клонирования млекопитающих, к коим относится и человек. В 1996 году группой британского ученого Яна Вилмута (Ian Wilmut) была клонирована овца – знаменитая Долли. Сейчас технология клонирования млекопитающих не является чем-то экзотическим, эксперименты по клонированию мышей и других животных с исследовательскими целями производятся во многих научных лабораториях по всему миру. Помимо явного интереса со стороны ученых, клонирование животных привлекло огромный общественный интерес, который, по понятным причинам, в основном был связан с возможностью клонирования человека. Общество осознало опасность того, что методы, разработанные учеными для фундаментальных исследований процессов и явлений, происходящих на самых ранних стадиях развития организмов, могут быть использованы не только в интересах биотехнологий, развиваемых во благо человека, но и в корыстных целях, например, для получения клонов человека как источника органов для трансплантации.
Действительно, проблема недостатка органов и тканей для пересадки стоит в современном мире очень остро. Рост уровня сердечно-сосудистых, нейродегенеративных заболеваний, сахарного диабета и рака уже привел к тому, что тысячи людей по всему миру умирают, так и не дождавшись своей очереди для трансплантации. Одной из задач современной биологии и медицины, безусловно, является поиск новых методов и подходов для решения этой проблемы. Одним из возможных и, пожалуй, наиболее перспективных источников, которые могут дать врачам материал для трансплантации, являются стволовые клетки. Современная наука знает множество типов стволовых клеток: это и стволовые клетки взрослого организма, которые есть практически в любом органе человеческого тела, и эмбриональные стволовые клетки, получаемые из ранних эмбрионов млекопитающих, в том числе человека. На последнем типе клеток стоит остановиться подробнее. Эмбриональные стволовые клетки были впервые выделены из эмбрионов мыши в 1981 году Мартином Эвансом (Martin Evans) и Мэтью Кауфманом (Matthew Kaufman), а также независимо от них Гэйл Мартин (Gail Martin). Много позже, в 1998 году, Джеймсом Томпсоном (James Thompson) была впервые опубликована работа по получению эмбриональных стволовых клеток человека.
Чем так хороши эти клетки? Все дело в их основном свойстве – плюрипотентности, т.е. способности дифференцироваться в любые клетки, из которых состоит взрослый организм. К тому же, эти клетки могут поддерживаться или храниться в лабораторных условиях неограниченное время, давая исследователям неиссякаемый источник различных типов клеток. Например, из эмбриональных стволовых клеток в лаборатории научились получать нейроны, клетки сердечной мышцы, клетки печени, поджелудочной железы. В США уже начаты клинические испытания по применению производных эмбриональных стволовых клеток в регенеративной терапии заболеваний. Исследования эмбриональных стволовых клеток внесли неоценимый вклад в понимание процессов, происходящих во время эмбрионального развития животных и человека. Однако полномасштабному применению эмбриональных клеток мешает важное обстоятельство – для их получения нужны эмбрионы. Для получения банка линий клеток, которые бы подходили для широких масс населения по иммунологическим показателям, необходимо много эмбрионов. К тому же эксперименты по манипулированию эмбриональными клетками и их применение в биотехнологии встретили целый ряд проблем этического характера. Решение этой проблемы было найдено вторым из лауреатов Нобелевской премии 2012 года по физиологии и медицине – Синьей Яманакой.
Синья Яманака – японский ученый, родившийся 4 сентября 1962 (год, когда Джон Гердон опубликовал свою «нобелевскую» работу). Путь Синьи Яманаки в науку был непростым. Получив высшее медицинское образование в Университете Кобэ, он не отличался большим мастерством в медицинском деле и, по словам соратников, был очень плохим хирургом. Поняв, что не сможет добиться успехов в медицине, Яманака продолжил свою карьеру на поприще исследователя в Институте сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона (Сан-Франциско), Медицинской школе Университета Осаки и Институте науки и технологий Нара. Основным направлением исследований будущего нобелевского лауреата стало изучение молекулярных основ поддержания самообновления и плюрипотентности эмбриональных стволовых клеток. Вероятно, именно данные исследования привели Синью Яманаку к его важнейшему открытию. В 2006 году Синья Яманака опубликовал в журнале Cell статью, в которой показал, что искусственно повышенная работа четырех генов - Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc (теперь в литературе их часто называют «факторы Яманаки») - в культивируемых клетках кожи мыши вызывает полное преобразование клеток, в результате чего формируются клетки, по своим свойствам очень похожие на эмбриональные стволовые клетки. Такие клетки он назвал индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками.
Если сравнивать судьбу клеток с судьбой человека, то прослеживается следующая аналогия. Клетки эмбриона на ранних стадиях развития можно считать детством, когда все дороги открыты, и ребенок может стать кем угодно: врачом, космонавтом, пожарным и т.д. Все мы взрослеем, и все труднее становится изменить свой путь. Дифференцировку клеток, происходящую в процессе развития, можно сравнить с взрослением и определением жизненного пути. Если клетка стала клеткой кожи, то она уже не будет нейроном или клеткой сердечной мышцы. Но Синья Яманака нашел способ вернуть клетку в ее «детство», когда она вновь может выбирать путь, возможно, уже совсем новый.
Открытие индуцированной плюрипотентности вызвало огромный резонанс в научном сообществе, поскольку полученный новый тип стволовых клеток имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с эмбриональными стволовыми клетками индуцированные стволовые клетки могут быть получены из различных типов соматических клеток человека (от фибробластов кожи до клеток периферической крови). Методики выделения соматических клеток, пригодных для получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, как правило, являются малоинвазивными. По своим свойствам индуцированные клетки очень близки к эмбриональным стволовым клеткам человека, т.е. являются плюрипотентными и могут давать после дифференцировки практически все виды клеток, из которых состоит тело взрослого человека. Индуцированные клетки обладают неограниченным потенциалом пролиферации в культуре и при необходимости могут быть получены в масштабе, необходимом для проведения скрининга библиотек лекарственных соединений. Они могут быть направленно дифференцированы в тот тип клеток, который необходим для проведения исследований. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки аутологичны по отношению к донору соматических клеток и могут быть получены от конкретного пациента в любой период его жизни, что дает возможность поиска лекарств и исследования их возможных токсических свойств на клетках пациентов с конкретным генетическим фоном. Данное свойство индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может сделать их одной из основ медицины нового поколения, так называемой индивидуальной медицины.
В настоящий момент технологии, основанные на индуцированной плюрипотентности, активно развиваются. Множество научных групп по всему миру ищут новые способы получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, совершенствуют способы дифференцировки в те или иные производные. Уже получено немало линий индуцированных клеток, моделирующих неизлечимые заболевания человека, что позволит изучить болезни на молекулярном и клеточном уровнях и, возможно, найти новые способы их лечения. Приятно отметить, что сибирские ученые также участвуют в развитии технологий, основанных на применении индуцированных стволовых клеток. В лаборатории эпигенетики развития ИЦиГ (руководитель С.М. Закиян) группой молодых ученых под руководством кандидата биологических наук Сергея Петровича Медведева из клеток кожи и нейральных стволовых клеток человека получены и исследованы индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, разрабатываются новые методы их дифференцировки, технологии исправления генных мутаций в индуцированных клетках и моделирования с их помощью болезней человека, таких как боковой амиотрофический склероз. Совместно с НИИ патологии кровообращения им. Е.Н.Мешалкина и ИХБФМ разрабатываются технологии получения тканей и органов для регенеративной медицины. Цель данных исследований – сделать биомедицинские технологии, основанные на применении индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, безопасными и пригодными для практической медицины.
Источник: Центр общественных связей СО РАН
