Частичное клонирование

В области клеточной биологии метод частичного клонирования ( PCL ) преобразует полностью дифференцированную старую соматическую клетку в частично перепрограммированную молодую клетку, которая сохраняет все специализированные функции дифференцированной старой клетки, но просто моложе. ^[1] Метод PCL меняет характеристики, связанные со старыми клетками. Например, старые стареющие клетки, омоложенные с помощью PCL, свободны от высококонденсированных очагов гетерохроматина, ассоциированного со старением (SAHF), и вновь приобретают потенциал пролиферации молодых клеток. ^[2] Таким образом, метод PCL омолаживает старые клетки без дедифференцировки и прохождения эмбриональной, плюрипотентной стадии.

Метод

PCL заключается во введении ядра соматической взрослой или стареющей клетки или целой клетки с увеличенными порами мембраны в (активированный) ооцит и извлечении этой обработанной клетки до того, как произойдет ее дедифференцировка и первое клеточное деление . Таким образом, способность ооцита к прогрессивному омоложению используется лишь временно, чтобы добиться частичного естественного омоложения. ПКЛ позволяет предусмотреть выбранную степень частичного омоложения при изменении продолжительности введения обработанной клетки в ооцит. Использование дедифференцировки клеток PCL и их возрастного перепрограммирования может быть, по крайней мере частично, разделено. Таким образом, существование изолированных часов старения будет подтверждено, по крайней мере, на определенном этапе клеточной эволюции и инволюции .

Приложение

Первые экспериментальные результаты показывают возможную высокую эффективность частичного омоложения стареющих клеток мыши . Примечательно, что PCL омолаживает исключительно одну ткань или орган, поэтому в отличие от классического клонирования PCL не может восстановить весь организм. Более того, PCL осуществима за несколько часов, в отличие от классического клонирования или индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS), для которых требуются недели или месяцы.

Классическое клонирование может омолодить старые клетки, но этот процесс требует, чтобы старые клетки искусственно прошли стадию эмбриональных клеток. Частичное клонирование дает то преимущество, что старые клетки, подлежащие омоложению, не должны проходить стадию эмбриональных клеток, а просто молодеют.

Увеличение продолжительности жизни человека с точки зрения полезных, качественных, прибавленных к жизни лет было целью для многих с незапамятных времен. И хотя достижение этой цели считалось маловероятным или, по крайней мере, достижимым только в далеком будущем, открытие возможности клонирования животных значительно приблизило цель омоложения. Замечательное открытие возможности клонирования животных показало, что ядро старой клетки можно использовать в качестве донора в экспериментах по так называемому «ядерному переносу», когда старое ядро переносится в яйцеклетку-реципиент, собственный ядерный материал которой был удален. Затем «реконструированная» яйцеклетка получает стимул к развитию и проходит эмбриональную стадию, в результате которой, как только эмбрион имплантируется суррогатной матери, появляется новорожденный. Таким образом, старая клетка может дать начало новорожденному, имеющему типичную продолжительность жизни: возраст донорской клетки «стирается» и возвращается в молодое состояние. Примечательно, что при классическом клонировании животных процесс омоложения предполагает возвращение к эмбриональной форме. Таким образом, специализированные функции взрослой клетки также «стираются» и возвращаются к эмбриональному типу клеток. А при классическом клонировании проход через это эмбриональное состояние необходим для того, чтобы возраст клетки был «стерт начисто».

Ключевым понятием, которое отличает «частичное» клонирование от «классического» клонирования, является отделение механизма(ов), которые «стирают» специализацию клетки, от тех, которые «стирают» возраст клетки. Короче говоря, частичное клонирование направлено на сохранение специализированных функций клетки и просто на ее молодость, например, клетка кожи омолаживается без необходимости прохождения эмбриональной стадии, которая необходима для омоложения с помощью классической техники клонирования (см. диаграмму). .

В новой лаборатории исследовательского центра Борстель наша работа по частичному клонированию фокусируется, среди прочего, на ограниченной, временной инкубации «старой» клетки внутри яйцеклетки. Таким образом «стирается» только возраст клетки и сохраняется ее специализированное, дифференцированное состояние. Его просто молодят, омолаживают, минуя эмбриональное состояние. Показатели на диаграмме, показывающие разницу между «классическим» и «частичным» клонированием: Классическое клонирование (путь, указанный черными стрелками) может омолаживать старую клетку, но требует прохождения эмбриональной стадии. «Частичное клонирование» (показано красной стрелкой) омолаживает старые клетки без прохождения эмбриональной стадии. «Частичное клонирование» (показано красной стрелкой) омолаживает старые клетки без прохождения эмбриональной стадии.В новой лаборатории исследовательского центра Борстель наша работа по частичному клонированию фокусируется, среди прочего, на ограниченной, временной инкубации «старой» клетки внутри яйцеклетки. Таким образом «стирается» только возраст клетки и сохраняется ее специализированное, дифференцированное состояние. Его просто молодят, омолаживают, минуя эмбриональное состояние. Мерой омоложения в нашей системе является, во-первых, повторное приобретение способности старой клетки делиться, чего-то, что утрачено в старых клетках, и, во-вторых, потеря характеристик, связанных со старыми клетками.

Если бы такое омоложение было достижимо, последствия для медицины были бы глубокими. Это позволило бы избежать необходимости искусственно проходить через эмбриональную стадию – либо путем переноса ядра, либо с помощью так называемого метода iPS-клеток – для омоложения клеток. Можно было бы просто взять у пациента старые клетки и затем вернуть пациенту свои собственные, гистосовместимые, омоложенные клетки сердца, клетки печени и т. д. В отличие от цикла искусственной дедифференцировки соматических клеток в стволовые клетки, а затем искусственная повторная дифференцировка стволовых клеток в желаемый тип дифференцированных клеток, что крайне неэффективно, требует много времени и приводит к нестабильным типам клеток. Процесс частичного клонирования будет эффективным, быстрым и, следовательно, дешевым как с точки зрения материалов, так и рабочей силы. Короче говоря, частичное клонирование имеет огромный потенциал для облегчения человеческих страданий и болезней: это самый быстрый и дешевый путь к успешной регенеративной медицине. Частичное клонирование также позволяет избежать этических проблем, связанных с «классическим» клонированием, поскольку оно не приводит к рождению живого ребенка – оно просто кратковременно использует ооцит как средство кондиционирования и тем самым исключительно омоложения старой клетки.

Ссылки

^ Сингх П.Б., Закуто Ф. (июнь 2010 г.). «Ядерное перепрограммирование и эпигенетическое омоложение» . Дж. Биоши . 35 (2): 315–9. дои : 10.1007/s12038-010-0034-2 . ПМИД 20689186 . S2CID 13222825 .
^ Адамс П.Д. (август 2007 г.). «Ремоделирование структуры хроматина в стареющих клетках и его потенциальное влияние на подавление опухоли и старение» . Джин . 397 (1–2): 84–93. дои : 10.1016/j.gene.2007.04.020 . ПМК 2755200 . ПМИД 17544228 .

Дальнейшее чтение

Чан Э.М., Ратанасиринтравут С., Парк И.Х., Манос П.Д., Ло Й.Х., Хо Х., Миллер Дж.Д., Хартунг О., Ро Дж., Инс Т.А., Дейли Г.К., Шлагер Т.М. (ноябрь 2009 г.). «Визуализация живых клеток отличает настоящие iPS-клетки человека от частично перепрограммированных клеток». Нат. Биотехнология . 27 (11): 1033–7. дои : 10.1038/nbt.1580 . ПМИД 19826408 . S2CID 20968837 .
Ханна Дж., Саха К., Пандо Б., ван Зон Дж., Ленгнер С.Дж., Крейтон, член парламента, ван Ауденарден А., Джениш Р. (декабрь 2009 г.). «Прямое перепрограммирование клеток — это случайный процесс, поддающийся ускорению» . Природа . 462 (7273): 595–601. Бибкод : 2009Natur.462..595H . дои : 10.1038/nature08592 . ПМЦ 2789972 . ПМИД 19898493 .

[pmid20689186-1] Сингх П.Б., Закуто Ф. (июнь 2010 г.). «Ядерное перепрограммирование и эпигенетическое омоложение» . Дж. Биоши . 35 (2): 315–9. дои : 10.1007/s12038-010-0034-2 . ПМИД 20689186 . S2CID 13222825 .

[pmid17544228-2] Адамс П.Д. (август 2007 г.). «Ремоделирование структуры хроматина в стареющих клетках и его потенциальное влияние на подавление опухоли и старение» . Джин . 397 (1–2): 84–93. дои : 10.1016/j.gene.2007.04.020 . ПМК 2755200 . ПМИД 17544228 .

[1]

[2]