Китайские ученые попытались перепрограммировать раковые клетки в нормальные

Давно известно, что наши клетки способны меняться в зависимости от условий среды и их микроокружения. Без этого не может обойтись ни регенерация, ни эмбриональное развитие. Даже такой процесс, как метаплазия, способен показать, что при неблагоприятных факторах клетки меняют свой путь дифференцировки. Однако процессы, которые помогают нашему организму восстановиться, могут работать и в обратную сторону, запуская онкогенез.

У трансформированных раковых клеток и эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) много общего: оба типа клеток имеют свободное от нуклеосом состояние хроматина, принимают метаболизм, основанный на гликолизе, несмотря на доступность кислорода, могут подвергаться эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП) и образовывать тератомы. Раковые клетки приобретают черты, напоминающие эмбриональное развитие, такие как повышенная клеточная пластичность и повышенная экспрессия плюрипотентных генов, включая OCT4, NANO и SOX2.

Для начала вспомним, что первые перепрограммированные соматические клетки, они же ИПСК, получили в 2006 году путем одновременного введения четырех экзогенных генов — Oct¾, Sox2, Klf4 и c-MYC (OSKM) — в мышиные фибробласты. ИПСК человека впервые были получены в 2007-м из фибробластов тем же методом. В том же году было показано, что iPS-клетки человека можно получить из фибробластов с использованием другой комбинации факторов: Oct¾, Sox2, Nanog и Lin28.

С тех пор иПС-клетки благодаря способности дифференцироваться в любые типы клеток ученые рассматривают как наиболее перспективный источник клеток для регенеративной медицины, а также трансплантации.

Позже, уже в 2012 году, С. Яманака вместе с Дж. Гердоном получил Нобелевскую премию «за открытие факта перепрограммирования зрелых клеток в плюрипотентные».

По результатам анализа литературных данных в качестве объекта влияния, обуславливающего плюрипотентность в соматических клетках, были выбраны 24 гена. Каждый из 24 случаев инфицирования генома эмбрионального фибробласта мыши (MEF) путем ретровирусной трансдукции. Результаты этих экспериментов показали, что состояние плюрипотентности может быть индуцировано в MEF путем трансдукции генов четырех транскрипционных функций: Oct¾, Sox2, c-Myc и Klf4 (iPS-MEF4).

Применяя методы прошлых лет, биологи из Китая попытались получить здоровые клетки из раковых. Чтобы исследовать трансформацию раковых клеточных линий, исследователям сначала пришлось перепрограммировать установленные линии клеток мыши, которые были либо трансформированы случайным образом, либо получены из первичной опухоли.

Для экспериментов отобрали три линии клеток мыши: 3T3-L1 (линия спонтанно иммортализованных фибробластных клеток); 4T1 (клеточная линия метастатической опухоли молочной железы); N2a (клеточная линия нейробластомы)

Раковые клетки оказались весьма защищены от каких-либо изменений в сторону плюрипотентности. Эксперимент продолжался не более 15 дней, потому что трансформированные клеточные линии быстро растут и превосходят морфологические колонии, подобные ИПСК. И даже после перепрограммирования части клеток, они быстро возвращались в исходное состояние. По итогу, чтобы из чистых раковых линий получить ИПСК, необходимо разработать соответствующие клеточные культуры и улучшить метод сортировки получаемых линий.

Перепрограммирование первичных раковых тканей часто затруднено или невозможно для многих видов рака. Даже когда это возможно, эффективность значительно ниже, чем у клеток дикого типа. Кроме того, остаются сомнения о качестве перепрограммированых раковых клеток.

Существенная проблема — гетерогенность первичных раковых клеток. Поэтому далее ученые решили совершить попытку перепрограммирования трансформированных линиий эмбриональных фибробластов мыши (MEF), чью гетерогенность можно контролировать. Однако уже на четвертый день эксперимента MEF показали, что могут перепрограммироваться только на ранних пассажах, а эффективность быстро снижается до полного отказа после четвертой пересадки клеточной линии.   

Существует тесная, но неясная связь между перепрограммированием и трансформацией. Эту связь недавно исследовали в новой системе с множественными индуцируемыми генами, которыми можно было манипулировать либо для трансформации MEF дикого типа, либо для выполнения перепрограммирования в iPSCs.

Это изящное исследование показало, что перепрограммирование и трансформация шли по сходным первоначальным путям, но позже разошлись. Оказалось, существуют различные эпигенетические молекулярные барьеры, которые могут запускать один процесс, но блокировать другой, и наоборот.

Так, например, была принята система, используемая для трансформации, представляющая собой сверхэкспрессию каскада генов K-ras G12D / Myc, которая аналогична системе Hras G12V / Myc. Интересно, что эта система несовместима с перепрограммированием и дает сбой в самом начале процесса. Но несколько других линий, описанных здесь, могут быть преобразованы.

Потенциально стратегии трансформации, которые остаются совместимыми с перепрограммированием, могут повторять большую часть процесса по мере трансформации и отклоняться от перепрограммирования только на более поздних стадиях.

Также был использован метод сверхэкспрессии Ras, который в большинстве случаев будет работать лишь с MEF дикого типа, но выступает главным препятствием для перепрограммирования трансформированных клеток. В самом деле, когда Hras G12V сверхэкспрессировался в p53-нулевых иммортализованных MEF, процессы перепрограммирования блокировались.

В нескольких исследованиях были идентифицированы небольшие молекулы, которые помогают перепрограммировать трансформированные клетки в плюрипотентные. Так, mTOR — барьер для перепрограммирования клеток саркомы. В этом исследовании ингибирование mTOR не имело эффекта, что еще раз подчеркивает контекстно-специфический характер барьеров в различных трансформированных клеточных линиях. 

В итоге эта модель предполагает перепрограммирование трансформированных клеточных линий в зависимости от контекста. Однако каждая трансформированная клеточная линия может содержать барьеры, которые блокируют репрограммирование на отдельных стадиях. Возможно, это отражает разнообразие регуляторных функций, нарушенных при раке, и может быть связано с «ветвлениями» различных типов рака или метода трансформации. Тем не менее понимание перепрограммирования может предоставить информацию о процессе трансформации и новые модели для борьбы с онкогенезом.