Neschopnost zajistit v laboratoři sebeobnovu lidských krevních kmenových buněk nebo hematopoetických kmenových buněk (HSC) brzdí pokrok v léčbě leukémie a dalších krevních onemocnění.
Nová studie z Kalifornské univerzity v Los Angeles (UCLA) nyní naznačuje, že odpověď může spočívat v konkrétním proteinu - jehož aktivace může výrazně rozšířit HSC v kultuře.
Tým UCLA zjistil, že protein zvaný MLLT3 je klíčovým regulátorem funkce HSC. Protein je ve vysokých hladinách přítomen v HSC lidských plodů, novorozenců a dospělých. Kultivované HSC však mají nízkou hladinu MLLT3.
V nedávné době Příroda Vědci uvádějí, že manipulace s genem odpovědným za výrobu proteinu vedla k „více než 12násobnému rozšíření transplantovatelných“ HSC.
Hlavní autorkou studie je Hanna K. A. Mikkola, profesorka molekulární, buněčné a vývojové biologie na UCLA. Studuje HSC již více než 20 let.
„Přestože jsme se za ta léta naučili hodně o biologii těchto buněk,“ říká Mikkola, „jedna klíčová výzva zůstala: zajistit, aby se [HSC] samy obnovovaly v laboratoři.“
"Musíme překonat tuto překážku, abychom posunuli pole vpřed," dodává.
HSC potřebují silnou schopnost samoreplikace
Všechny tkáně a buňky těla spoléhají na výživu a ochranu krevních buněk. K plnění tak neúnavného a obtížného úkolu musí být krvinky schopny se samy doplňovat. U dospělých mají krvinky a kožní buňky největší doplňovací kapacitu ze všech tkání.
Práce na vytváření nových krvinek spadá do HSC. Lidské tělo vytváří každý den miliardy nových krevních buněk díky HSC, které také vytvářejí imunitní buňky.
HSC sídlí v kostní dřeni, kde se samy obnovují a dospívají do různých typů krve a imunitních buněk.
Lidé s určitými chorobami krve nebo imunitního systému - jako je leukémie - potřebují nové zásoby HSC k výrobě nových buněk. Po celá desetiletí používali lékaři transplantace kostní dřeně ke zvýšení zásob.
Existují však limity, do jaké míry mohou transplantace kostní dřeně nabídnout řešení. Například není vždy možné najít shodného dárce, nebo by tělo příjemce mohlo odmítnout transplantované buňky.
Dalším problémem, který může nastat, je, že počet transplantovaných HSC nemusí být dostatečný k vytvoření dostatečného množství krve nebo imunitních buněk k léčbě onemocnění.
Problém s kultivovanými HSC
Vědci se pokusili kultivovat HSC v laboratoři jako alternativu k transplantacím kostní dřeně. Různé pokusy o transplantaci kultivovaných HSC však narazily na běžný problém: HSC, které vědci odstranili z kostní dřeně, brzy ztratí schopnost sebeobnovy v kultuře.
Jakmile HSC ztratí schopnost pořizovat si nové kopie, jedinou budoucností, kterou mají, je buď diferenciace na specializované buňky, nebo smrt.
Pro novou studii prof. Mikkola a její tým zkoumali, co se stalo s geny, protože HSC ztratily schopnost sebeobnovy v laboratoři.
Viděli, že když se to stalo, některé geny se vypnuly. Vypnuté geny se lišily podle typů buněk, které HSC vytvořily.
Pro bližší pohled tým vytvořil buňky podobné HSC z dospělých pluripotentních kmenových buněk, které se nemohly samy replikovat a poté pozorovaly jejich genovou aktivitu.
Tento experiment ukázal, že existuje silná souvislost mezi schopností sebeobnovy HSC a aktivitou HSC MLLT3 gen.
Aktivní MLLT3 je nezbytnou podmínkou
Zdá se, že vysoký výraz MLLT3 zajišťuje dostatečný přísun bílkovin, který nese pokyny nezbytné k tomu, aby se HSC obnovily.
Protein pomáhá HSC strojnímu zařízení pokračovat v práci, zatímco buňka vytváří svoji kopii.
Další experimenty odhalily, že vložení aktivního MLLT3 Gen do jádra HSC v laboratorní kultuře zvýšil jejich schopnost autoreplikace o faktor 12.
"Pokud uvažujeme o množství krevních kmenových buněk potřebných k léčbě pacienta, je to značné množství."
Prof. Hanna K. A. Mikkola
Jiné studie, které se pokusily přimět HSC k samoregeneraci v kultuře, používaly malé molekuly. Profesorka Mikkola a její tým však měli s tímto přístupem problémy.
Zjistili, že buňky nebyly schopny udržovat hladiny proteinu MLLT3 a nepracovaly dobře, když je tým transplantoval myším.
Kombinace těchto dvou metod
Tým zjistil, že kombinace metody s malými molekulami s MLLT3 genová aktivace generovala HSC, které se správně integrovaly do kostní dřeně u myší.
Tyto HSC také produkovaly všechny správné typy krevních buněk a zachovaly si schopnost sebeobnovy.
Vědci mají obavy z výroby transplantovatelných HSC v laboratoři, aby bylo zajištěno, že budou správně fungovat, jakmile budou v těle.
HSC musí být schopny se samy replikovat správným tempem a nesmí získávat mutace, které by mohly vést k onemocněním, jako je leukémie.
Ukazuje se, že zajištění stabilních hladin proteinu MLLT3 splňuje tyto požadavky.
Vědci nyní pracují na metodách manipulace MLLT3 bezpečněji a snadněji.