Диабет: помоги себе сам
Учебники по биологии учат нас, что взрослые клетки на протяжении всей жизни сохраняют идентичность, приобретенную в результате дифференцировки. Однако швейцарские исследователи из университета Женевы, работающие под руководством профессора Педро Херрера (Pedro Herrera), недавно продемонстрировали, что адаптивная способность клеток гораздо выше, чем мы думает. Им удалось научить изначально не продуцирующие инсулин клетки поджелудочной железы обеспечивать стабильную продукцию этого гормона. Более того, вполне возможно, что такая пластичность не является эксклюзивным свойством клеток поджелудочной железы.
Поджелудочная железа человека содержит несколько разных типов эндокринных клеток (альфа-, бета-, дельта-, эпсилон- и гамма-клетки), продуцирующих различные гормоны, ответственные за регуляцию уровня глюкозы в крови. Эти клетки сгруппированы в небольшие кластеры, известные как островки поджелудочной железы или островки Лангерганса. Сахарный диабет развивается в случаях, когда в отсутствие функциональных бета-клеток нарушается регуляция уровня глюкозы в крови.
В более ранних экспериментах на мышах авторы продемонстрировали, что поджелудочная железа обладает способностью производить новые инсулинопродуцирующие клетки посредством спонтанной смены идентичности других типов клеток. В рамках следующего исследования они решили выяснить, обладают ли такой способностью клетки человека и можно ли вызвать такую трансформацию искусственно.
В качестве объекта исследования были выбраны островки Лангерганса пациентов с сахарным диабетом и здоровых людей. Сначала авторы отсортировали клетки по типам для того, чтобы получить возможность работать с двумя типами: альфа-клетками (продуцирующими глюкагон) и гамма-клетками (продуцирующими панкреатический полипептид). Полученные клетки поделили на 2 группы; одну группу пометили только флуоресцентным маркером, а в другую помимо маркера внедрили гены, кодирующие специфичные для бета-клеток факторы транскрипции инсулина.
После этого они конструировали «псевдо-островки», состоящие из одного типа клеток, что позволило точно изучить поведение клеток каждого типа. Согласно сделанным наблюдениям, сам факт агрегации клеток, даже в монотипичные псевдо-островки, стимулирует экспрессию определенных генов, связанных с продукцией инсулина, как будто бы «не-бета» клетки естественным образом чувствуют отсутствие бета-клеток и берут на себя их функцию. Однако для запуска продукции инсулина исследователям приходилось искусственно стимулировать экспрессию одного или двух ключевых генов бета-клеток. Через неделю после начала эксперимента 30% модифицированных альфа-клеток уже продуцировали и секретировали инсулин в ответ на воздействие глюкозы. Гамма-клетки в тех же условиях трансформировались и секретировали инсулин еще более активно.
Псевдо-островки из человеческих альфа-клеток поджелудочной железы. Эти клетки продуцируют глюкагон (голубого цвета), но могут «научиться» продуцировать инсулин (красного цвета). Зеленый флуоресцирующий белок (зеленого цвета) позволяет отслеживать происхождение клеток для подтверждения смены их идентичности.
На втором этапе работы авторы трансплантировали полученные монотипичные псевдо-островки из модифицированных человеческих клеток мышам с моделированным сахарным диабетом. Это излечило животных от заболевания, а при последующем удалении клеточных трансплантатов у них, как и ожидалось, снова начинали проявляться симптомы диабета. Более того, псевдо-островки из модифицированных клеток сохранялись свою способность продуцировать инсулин в ответ на повышение уровня глюкозы на протяжении по крайней мере шести месяцев.
Авторы также отмечают, что при работе с клетками как от здоровых, так и от больных диабетом доноров были получены сопоставимые результаты, что демонстрирует сохранность пластичности клеток при заболевании.
Детальный анализ трасформировавшихся альфа-клеток показал, что они сохраняют идентичность, близкую к идентичности исходных клеток. При аутоиммунном диабете (1 типа) происходит разрушение бета-клеток собственной иммунной системой пациента. Исследователи предположили, что трансформировавшиеся клетки будут устойчивы к воздействию иммунитета благодаря своему отличию от бета-клеток. Для проверки этой гипотезы они провели их совместное культивирование с Т-клетками пациентов с сахарным диабетом 1 типа. Последующие наблюдения показали, что такие клетки вызывают очень слабый иммунный ответ и, возможно, могут быть более устойчивыми по сравнению с исходными бета-клетками.
На сегодняшний день трансплантацию поджелудочной железы проводят только в особо тяжелых случаях сахарного диабета, при этом предпочтительным подходом, в силу меньшей инвазивности, является трансплантация островков, а не целого органа. Эта технология очень эффективна, однако имеет свои ограничения: как и любая трансплантация, она требует иммуносупрессивной терапии. Помимо этого трансплантированные клетки разрушаются в течение нескольких лет.
По словам авторов, в данной ситуации имеет смысл использование собственных регенеративных способностей организма. Однако до внедрения предложенного ими подхода в клиническую практику предстоит преодолеть еще много трудностей. Для начала надо найти способ фармакологического или генотерапевтического запуска механизма смены идентичности клеток собственной поджелудочной железы пациента без нежелательного влияния на другие клетки органа.
Статья Kenichiro Furuyama et al. Diabetes relief in mice by glucosesensing insulin-secreting human a-cells опубликована в журнале Nature.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Geneva: Diabetes: human cells can also change jobs.