Команда под руководством Шухрата Миталипова, доктора философии, директора Центра эмбриональной клеточной и генной терапии в Oregon Health Научный университет обнаружил, что индуцированные плюрипотентные стволовые или iPS-клетки, тип стволовых клеток, полученных из кожи или клеток крови пациентов, содержат дефектную митохондриальную ДНК. Исследование было опубликовано в журнале Cell Stem Cell.
«Патогенные мутации в нашей митохондриальной ДНК долгое время считались движущей силой старения и возрастных заболеваний, хотя четкие доказательства отсутствовали. Теперь, когда эти доказательства под рукой, мы знаем, что мы должны проверять стволовые клетки на наличие мутаций или собирать их. в более молодом возрасте, чтобы убедиться, что их митохондриальные гены здоровы », — сказал Миталипов. «Это фундаментальное знание того, как клетки повреждаются в естественном процессе старения, может помочь пролить свет на роль мутировавших митохондрий в дегенеративных заболеваниях».Митохондриальные гены находятся вне ядра и, как известно, подвержены повреждениям. Мутации в митохондриальной ДНК, которые случайным образом возникают в отдельных клетках с возрастом, могут ограничивать способность клеток вырабатывать энергию, производить сигналы и функционировать должным образом.
Возможные методы лечения с использованием стволовых клеток открывают огромные перспективы для лечения болезней человека. Однако дефекты митохондрий могут подорвать способность iPS-клеток восстанавливать поврежденные ткани или органы. Чтобы избежать снижения терапевтической ценности клеток IPS, Миталипов и его коллеги рекомендуют проверять клетки на наличие мутаций митохондриальной ДНК.«Если вы хотите использовать iPS-клетки у человека, вы должны проверить наличие мутаций в митохондриальном геноме», — сказал Таошенг Хуанг, доктор медицинских наук, медицинский генетик и директор программы по митохондриальным заболеваниям в Медицинском центре детской больницы Цинциннати. . «Каждая клетка может отличаться.
Две соседние клетки могут иметь разные мутации или разный процент мутаций».«Эти совместные междисциплинарные усилия определяют« целостность митохондриального генома »как жизненно важный показатель для оценки эффективности получаемых от пациентов регенеративных продуктов, предназначенных для клинического применения», — добавляет соавтор исследования Андре Терзич, доктор медицины, доктор философии, директор, Клинический центр регенеративной медицины Майо.У каждого человека есть триллионы клеток и тысячи копий митохондрий в каждой клетке.
По мере старения клеток возможны тысячи различных мутаций в каждом митохондриальном геноме. Поскольку каждая клетка имеет свою уникальную мутацию, когда исследователи исследуют щепотку кожи или каплю крови, содержащую миллионы клеток, большинство митохондриальных мутаций скрыто. Мутация будет видна только в том случае, если каждая клетка имеет одинаковую мутацию.
Однако эти мутации становятся обнаруживаемыми в iPS-клетках. В процессе создания линий iPS-клеток исследователи расширяют клоны из каждой отдельной клетки кожи или клетки крови пациента.
В результате каждая клетка в клеточной линии iPS будет содержать те же мутации митохондриальной ДНК, что и исходная взрослая клетка.В этом исследовании, вместо изучения одной клеточной линии iPS, исследователи получили и секвенировали 10 клонов iPS-клеток из каждого образца ткани пациента, чтобы лучше понять частоту мутаций митохондриальной ДНК.Они взяли образцы крови и кожи у здоровых людей и людей с дегенеративными заболеваниями в возрасте от 24 до 72 лет.
Когда они протестировали объединенную кожу или клетки крови на мутации митохондриальной ДНК, уровни мутаций оказались низкими.Затем они профилировали 20 линий iPS-клеток на пациента — 10 из клеток крови и 10 из клеток кожи.
Когда они секвенировали клеточные линии iPS, они обнаружили большее количество мутаций митохондриальной ДНК, особенно в клетках пациентов старше 60 лет. Они проанализировали 130 клеточных линий iPS и обнаружили, что у 80% обнаружены мутации.
Они также обнаружили более высокий процент митохондрий, содержащих мутации, внутри клетки. Чем выше нагрузка мутированной митохондриальной ДНК в клетке, тем больше нарушается функция клетки.
Авторы рекомендуют производить и проверять несколько линий для каждого пациента, а затем выбирать наименее поврежденную линию.В мае 2013 года Миталипов стал первым ученым в мире, продемонстрировавшим успешное использование переноса ядра соматических клеток, или SCNT, для получения эмбриональных стволовых клеток человека из клетки кожи человека.
Этот прорыв был одним из шестилетних открытий, в том числе его работы 2007 года, демонстрирующей метод переноса ядер для создания эмбриональных стволовых клеток от нечеловеческих приматов. Ученые OHSU также продемонстрировали, что SCNT позволяет заменять мутировавшие митохондриальные гены митохондриями здоровой донорской яйцеклетки, сохраняя при этом ядро клетки пациента.
