Forskare vid The Scripps Research Institute (TSRI) har hittat en ny metod för ”omprogrammering” av vanliga vuxna celler till stamceller.

I en studie publicerad idag i en Advance Online -tidning i Naturbioteknik , TSRI-forskarna undersökte ett bibliotek med 100 miljoner antikroppar och hittade flera som kan hjälpa till att omprogrammera mogna hudliknande celler till stamceller som kallas inducerade pluripotenta stamceller (IPSC).

Att göra IPSC:er från mer mogna celltyper innebär normalt att fyra transkriptionsfaktorgener sätts in i dessa cellers DNA. Antikropparna som identifierats av forskarna kan appliceras på mogna celler-där de binder till proteiner på cellytan-som ett substitut för tre av standardtranskriptionsfaktorgeninsättningarna.

"Detta resultat tyder på att vi i slutändan kan göra IPSC utan att lägga något i cellkärnan, vilket potentiellt innebär att dessa stamceller kommer att ha färre mutationer och överlag bättre egenskaper, "sade studiens seniorförfattare Kristin Baldwin, docent på TSRI:s institution för neurovetenskap.

IPSC kan tillverkas från patienternas egna celler, och har en mängd potentiella användningsområden för personliga cellterapier och organregenerering. Dock, ingen av IPSC:s planerade kliniska användningsområden har ännu förverkligats, delvis på grund av riskerna med att göra dem.

Standard IPSC -induktionsförfarande, utvecklades för ett decennium sedan och kallas OSKM, innebär införande i vuxna celler av gener för fyra transkriptionsfaktorproteiner:4 oktober, Sox2, Klf4 och c-Myc. Med dessa gener tillagda och aktiva, transkriptionsfaktorproteinerna som de kodar produceras och omprogrammerar i sin tur cellerna till IPSC.

Ett problem med detta förfarande är att de virusinfogande händelserna eller överproduktionen av de nukleära omprogrammeringsfaktorerna kan skada cell -DNA på ett sätt som gör cellen cancerös. En annan är att denna kärnkraftsprogrammering vanligtvis ger en samling IPSC:er med variabla egenskaper. "Denna variation kan vara ett problem även när vi använder IPSC i laboratoriet för att studera sjukdomar, Sa Baldwin.

I kontrast, under vanlig djurutveckling, cellidentiteten förändras av molekylära signaler som kommer in från cellen och inducerar förändringar i genaktivitet, utan riskfyllda insättningar av DNA. För att hitta naturliga vägar som dessa - genom vilka vanliga celler kan förvandlas till IPSC - samarbetade Baldwin och hennes laboratorium med TSRI -laboratoriet för Richard Lerner, Lita Annenberg Hazen professor i immunokemi. Lerner har hjälpt till att utveckla och screena stora bibliotek med mänskliga antikroppar för att hitta nya antikroppsbaserade läkemedel och vetenskapliga sonder.

I detta fall, laget, inklusive doktoranden Joel W. Blanchard och postdoktor Jia Xie, som var huvudförfattare, inrättade ett bibliotek med cirka 100 miljoner distinkta antikroppar och använde den för att hitta alla som kan ersätta OSKM -transkriptionsfaktorer.

I en första uppsättning experiment, forskarna försökte identifiera antikroppar som kan ersätta både Sox2 och c-Myc. De etablerade en stor population av musfibroblastceller - ofta används för att göra IPSC i experiment - och satte in generna för de andra två transkriptionsfaktorerna, 4 oktober och Klf4. Därefter lade de till sitt enorma bibliotek av antikroppsgener till cellpopulationen, så att varje cell slutligen innehöll generna för en eller flera av antikropparna.

Forskarna kunde sedan observera vilka av cellerna som började bilda stamcellskolonier-vilket indikerar att en av antikropparna som produceras av dessa celler framgångsrikt hade ersatt Sox2 och c-Myc-funktionerna och utlöst växlingen i cellidentitet. Genom att sekvensera dessa cellers DNA fick forskarna bestämma vilka antikroppar som var ansvariga.

På det här sättet, TSRI-teamet upptäckte två antikroppar som kan ersätta både Sox2 och c-Myc, och i en liknande uppsättning tester hittade de två antikroppar som kan ersätta en tredje transkriptionsfaktor, 4 okt. Forskarna visade att istället för att sätta in dessa transkriptionsfaktorgener kunde de helt enkelt leverera antikropparna till fibroblastcellerna i kulturen.

I denna inledande studie, forskarna kunde inte hitta antikroppar som ersätter funktionen av den fjärde OSKM -transkriptionsfaktorn, Klf4. Dock, Baldwin förväntar sig att med en mer omfattande screening kommer hon och hennes kollegor så småningom att hitta antikroppsersättningar för Klf4 också. "Den tror jag kommer att ta oss några år till att ta reda på, " Hon sa.

Antikroppsscreeningsmetoden tillåter i princip forskare att inte bara hitta antikroppar som kan ersätta OSKM-transkriptionsfaktorer, men också för att studera de naturliga signalvägar genom vilka dessa antikroppar fungerar.

I ett bevis på denna princip, forskarna fann att en av de Sox2-ersättande antikropparna binder till ett protein på cellmembranet som kallas Basp1. Denna bindande händelse blockerar Basp1:s normala aktivitet och tar därför bort begränsningarna på WT1, ett transkriptionsfaktorprotein som fungerar i cellkärnan. WT1, släppt loss, ändrar sedan aktiviteten hos flera gener, slutligen inklusive Sox2, att främja stamcellstillståndet med en annan händelseordning än när man använder de ursprungliga omprogrammeringsfaktorerna.

WT1 (Wilms tumör 1) överproduceras i vissa cancerformer och anses vara en onkogen. Det faktum belyser ett mervärde av sådana studier:att hjälpa forskare att förstå sambandet mellan cancercellsutveckling och stamcellstillståndet.

TSRI -forskarna planerar nu större, mer komplexa antikroppsscreeningsstudier med humana celler snarare än musceller.