Nincs szükségük varázspálcára azoknak a tudósoknak, akik egy új módszerrel bármilyen sejtet átalakíthatnak egy másikká

A tündérmesékben mindössze annyit kell tenni egy béka herceggé való változtatásához, hogy egy hercegnő suhint egyet a varázspálcájával. Á...

A tündérmesékben mindössze annyit kell tenni egy béka herceggé való változtatásához, hogy egy hercegnő suhint egyet a varázspálcájával. Ám a való világban egy élőlény másikká történő átalakítása nem éppen könnyű dolog. Csupán az elmúlt években fedezték fel a tudósok, hogyan lehet ezt megtenni apró, egyedi élő sejtekkel.

A csapat, amely rájött erre, megnyerte a Nobel-díjat annak a felfedezéséért, hogyan kell egy közönséges emberi bőrsejtet átalakítani őssejttel azonos típusú sejtté, amely embriókban található meg. Fáradságos erőfeszítéssel ezek a sejtek kifejlődhetnek, és a testben másfajta sejtekké alakulhatnak.

Az elmúlt évtizedben ez az időigényes átalakítási technika megnyitotta az ajtót számos betegséggel kapcsolatos felfedezés előtt, kezdve a születési rendellenességektől a rákig.

De mi lenne akkor, ha a tudósok kihagyhatnának egy lépést, és a bőrsejtből egyből bármilyen más sejtet tudnának létrehozni?

Az amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratában megjelent új tanulmány egy olyan módszert mutat be, amellyel ez lehetséges, és elkerülhetők a másik technikában alkalmazott köztes lépések, amelyek pluripotens őssejtek termelését indukálják. (1)

A tanulmányban bemutatják annak a módját, hogy a DNS aktivitásról rendelkezésre álló bőséges adatokat hogyan lehetséges kihasználni annak érdekében, hogy közvetlenül újraprogramozhatók legyenek a sejtek. A képlet egy tervet nyújt az optimális tényezők kombinációjának meghatározására, és hogy mikor kell őket hozzáadni, hogy véghezvigyék az újraprogramozást. Ezt a képletet használva a tanulmány szerzői képesek voltak következtetni azokra a tényezőkre, amelyeket a Nobel-díjas csapat felfedezett, egy olyan folyamatot, amely sok éves kísérletezést és hibát követelt.

A Michigani Egyetem kutatói által kifejlesztett koncepció a Maryland Egyetem és a Harvard Egyetem munkatársaival együtt a genomszerkezetre és a génkifejeződésre vonatkozó biológiai információkat kombinálja a matematikai adatokkal egy adatvezérelt megközelítés alkalmazásával.

Bár a tanulmány egy algoritmust ír le a sejtek transzformálására - és sikeresen megjósolja az olyan tényezőket, amelyek már ismertek a sejtek újraprogramozás esetében - nem vizgsálja közvetlenül a képletet a laboratóriumban. A szerzők azt tervezik, hogy tovább vizsgálják a módszerüket, és remélik, hogy a tudósok Michiganben és a világ minden táján kipróbálják.

Ha sikert érnek el, azt jósolják, hogy olyan alkalmazásokra is lehetőséget ad, mint például a beteg vagy elveszett szövetek regenerálása, valamint a rák elleni küzdelem.

"Testünk sejtjei természetes módon specializálódnak," - mondja Dr. Indika Rajapakse, a Michigani Egyetem bioinformatika és matematika kutatója, az új tanulmány vezető szerzője. "Amit mi javasolunk, egy huszárvágást jelent, hogy segítsünk bármely sejt számára, hogy egy célzott sejttípussá alakuljon."

Rajapakse megjegyzi, hogy a közvetlen átprogramozás ötlete nem új. Az 1980-as évek végén a néhai tudós Harold Weintraub által vezetett csapat képes volt közvetlenül bőrsejteket izomsejtekké alakítani azáltal, hogy a sejteket olyan molekulákban fürdették meg, amelyek arra ösztönöztek bizonyos géneket a sejtek DNS-ében, hogy "olvassák" azt.

Az új modell ezen ötletre épül, egyben kihasználja ezen molekulák erejét, amit transzkripciós faktoroknak vagy TF-eknek neveznek.

Ám ahelyett, hogy egyetlen TF-ben fürdetnék az egész sejtkultúrát, a tudósok arra törekednek, hogy a sejteket specifikus TF-ekkel célozzák meg életciklusuk kritikus időszakaiban. Az új tanulmány kutatói egy matematikai kontroll modellt mutatnak be, amely az összes olyan információt felhasználja, amelyet a sejtek molekuláris szintjén már meg lehet ismerni, és kombinálja azt a TF-ek befecskendezésének időzítésével és sorrendjével, hogy megkapja a kívánt sejttípust.

"Az RNS és a transzkripciós faktor aktivitásáról, valamint a kromoszóma-konfiguráció Hi-C adataiból olyan sok információ áll rendelkezésre, amely megmondja nekünk, hogy milyen gyakran kerül két kromatin (a kromoszóma anyaga) közel egymáshoz, és úgy gondoljuk, hogy el lehet jutni a sejt kezdeti konfigurációjából a kívánt konfigurációba," - mondja Rajapakse.

A Hi-C technika lehetővé teszi a tudósok számára, hogy nyomon kövessék a kromatin nevű DNS/fehérje komplex részeit és kapcsolatát. Tehát még akkor is, ha két gén messze elkülönül egymástól a hosszú DNS-szálon, szoros kapcsolatban állhatnak egymással, ha azok egymás mellé húzódnak. Ha az egyik ilyen gén "olvasni" kezd, olyan transzkripciós faktort hozhat létre, amely elindítja a másik gén "olvasását" és egy bizonyos fehérje termelését, amely kulcsfontosságú szerepet játszik a sejt transzformálásában.

Hatalmas az az adatmennyiség, amely csak egyfajta sejtben elemezné ezeket a "topológiailag társuló doméneket". De a modern bioinformatikai technikák könnyebbé teszik ezt minden értelemben.

"Ez az algoritmus olyan tervet nyújt, amely fontos következményekkel jár a rák szempontjából, mivel úgy véljük, hogy a rákos őssejtek a normál őssejtekből hasonló újraprogramozási utakon keresztül jelennek meg," - mondja Max Wicha, a tanulmány társszerzője. "Ez a munka fontos hatással van a regeneratív gyógyításra és a szöveti sebészetre is, hiszen egy tervet nyújt a kívánt sejttípus létrehozására. Egyben a matematika és a biológia kombinációjának szépséget is megmutatja a természet rejtelmeinek felfedésében."


(1) - http://www.pnas.org/content/early/2017/10/23/1712350114
(2) - https://phys.org/news/2017-10-magic-wand-required-scientists-cell.html