Naukowcy z UCLA zidentyfikowali białko, które odgrywa kluczową rolę w regulacji samoodnawiania ludzkich komórek macierzystych krwi, pomagając im wyczuwać i interpretować sygnały z otoczenia.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature przybliża badaczy o krok do opracowania metod namnażania komórek macierzystych krwi w naczyniu laboratoryjnym, co mogłoby zwiększyć dostępność ratujących życie przeszczepów tych komórek i zwiększyć bezpieczeństwo terapii opartych na komórkach macierzystych krwi, takich jak jako terapie genowe.
Komórki macierzyste krwi, znane również jako hematopoetyczne komórki macierzyste, mają zdolność tworzenia własnych kopii w procesie zwanym samoodnawianiem i mogą różnicować się, wytwarzając całą krew i komórki odpornościowe znajdujące się w organizmie. Przez dziesięciolecia przeszczepy tych komórek były stosowane w ratującej życie terapii nowotworów krwi, takich jak białaczka i różne inne zaburzenia krwi i układu odpornościowego.
Przeszczepy komórek macierzystych krwi mają jednak istotne ograniczenia. Znalezienie odpowiedniego dawcy może być trudne, szczególnie w przypadku osób o pochodzeniu spoza Europy, a liczba komórek macierzystych dostępnych do przeszczepu może być zbyt mała, aby bezpiecznie wyleczyć daną chorobę.
Ograniczenia te utrzymują się, ponieważ komórki macierzyste krwi pobrane z organizmu i umieszczone w naczyniu laboratoryjnym szybko tracą zdolność do samoodnawiania. Po dziesięcioleciach badań naukowcy boleśnie zbliżyli się do rozwiązania tego problemu.
„Wymyśliliśmy, jak wyprodukować komórki, które wyglądają jak komórki macierzyste krwi i mają wszystkie ich cechy charakterystyczne, ale kiedy te komórki są wykorzystywane do przeszczepów, wiele z nich w dalszym ciągu nie działa; czegoś brakuje” – powiedział dr. Hanna Mikkola, starsza autorka nowego badania i członkini Szerokiego Centrum Medycyny Regeneracyjnej i Badań nad Komórkami Macierzystymi Eli i Edythe na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles.
Aby wskazać brakujący element, który uniemożliwia pełną funkcjonalność komórek podobnych do komórek macierzystych krwi, Julia Aguade Gorgorio, pierwsza autorka artykułu i współautorka artykułu, przeanalizowała dane sekwencjonowania w celu zidentyfikowania genów, które są wyciszane po umieszczeniu komórek macierzystych krwi w laboratorium danie. Jeden z takich genów, MYCT1, który koduje białko o tej samej nazwie, wyróżnia się jako niezbędny dla zdolności tych komórek do samoodnawiania.
Odkryli, że MYCT1 reguluje proces zwany endocytozą, który odgrywa kluczową rolę w tym, jak komórki macierzyste krwi odbierają sygnały z otoczenia, które mówią im, kiedy mają się odnowić, kiedy się różnicować, a kiedy zachować spokój.
„Kiedy komórki odbierają sygnał, muszą go zinternalizować i przetworzyć; MYCT1 kontroluje, jak szybko i skutecznie komórki macierzyste krwi odbierają te sygnały” – powiedziała Aguade Gorgorio, asystent naukowca projektu w laboratorium Mikkola. „Bez tego białka sygnały z otoczenia komórek zmieniają się z szeptów w krzyki, a komórki stają się zestresowane i rozregulowane”.
Naukowcy porównują MYCT1 z czujnikami w nowoczesnych samochodach, które monitorują całą aktywność w pobliżu i selektywnie przekazują kierowcom najważniejsze informacje we właściwym czasie, pomagając w podejmowaniu decyzji, np. kiedy bezpiecznie skręcić lub zmienić pas. Bez MYCT1 komórki macierzyste krwi przypominają niespokojnych kierowców, którzy przyzwyczajeni do polegania na tych czujnikach nagle gubią się bez ich wskazówek.
Następnie badacze wykorzystali wektor wirusowy do ponownego wprowadzenia MYCT1, aby sprawdzić, czy jego obecność może przywrócić samoodnowę komórek macierzystych krwi w naczyniu laboratoryjnym. Odkryli, że przywrócenie MYCT1 nie tylko zmniejszyło stres komórek macierzystych krwi i umożliwiło im samoodnowę w hodowli, ale także umożliwiło tym rozszerzonym komórkom skuteczne funkcjonowanie po przeszczepieniu do modeli mysich.
W kolejnym kroku zespół zbada, dlaczego dochodzi do wyciszenia genu MYCT1, a następnie jak zapobiec temu wyciszeniu bez użycia wektora wirusowego, który byłby bezpieczniejszy w warunkach klinicznych.
„Jeśli uda nam się znaleźć sposób na utrzymanie ekspresji MYCT1 w komórkach macierzystych krwi w hodowli i po przeszczepie, otworzy to drzwi do maksymalizacji wszystkich innych niezwykłych postępów w tej dziedzinie” – powiedział Mikkola, profesor nauk molekularnych, komórkowych i biologii rozwojowej w UCLA College i członek UCLA Health Jonsson Comprehensive Cancer Center. „To nie tylko sprawi, że przeszczepy komórek macierzystych krwi staną się bardziej dostępne i skuteczne, ale także poprawi bezpieczeństwo i przystępność terapii genowych wykorzystujących te komórki”.
Praca ta była wspierana przez Narodowe Instytuty Zdrowia, Szwajcarską Narodową Fundację Nauki, Europejską Organizację Biologii Molekularnej, Fundację UCLA Jonsson Cancer Center Foundation, James B. Pendleton Charitable Trust, McCarthy Family Foundation, Kalifornijski Instytut Medycyny Regeneracyjnej, Instytut AIDS Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, Instytut Medycyny Regeneracyjnej Rady Gubernatorów w Centrum Medycznym Cedars-Sinai, Towarzystwo Królewskie, Wellcome Trust i Program szkoleniowy w zakresie komórek macierzystych Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.