Durchbruch in der direkten Umwandlung von menschlichen Zellen von einem Typ zu einem anderen

In einem Durchbruch für regenerative Medizin und Tissue Engineering haben Forscher ein Werkzeug entwickelt, das Wissenschaftlern helfen wird, menschliche Zellen direkt von einem Typ in einen anderen zu transformieren. Sie sehen den Durchbruch darin, die regenerative Medizin dem Wachstum ganzer Organe aus den eigenen Zellen der Patienten einen Schritt näher zu bringen.
Die Forscher sagen, dass ihr Vorhersagesystem es experimentellen Biologen ermöglicht, die Notwendigkeit zu umgehen, Stammzellen zu schaffen, um menschliche Zellen von einem Typ in einen anderen zu konvertieren.

In einem Naturgenetik Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...3/index.html Das Team, angeführt von Wissenschaftlern der Universität Bristol im Vereinigten Königreich, stellt fest, dass die derzeitige Methode zur direkten Umprogrammierung menschlicher Zellen von einem Typ zum anderen - "Zelltransdifferentiation" genannt - sehr lange dauert, da es auf Versuch und Irrtum beruht um die richtigen Transkriptionsfaktoren zu finden.

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die unter anderem die Genexpression regulieren. Alle Zellen unseres Körpers tragen die gleichen Gene, aber verschiedene Gene werden in verschiedenen Zelltypen exprimiert und zum Schweigen gebracht.

Um eine Zelle in eine andere zu transdifferenzieren, müssen Sie die Anordnung der ein- und ausgeschalteten Gene ändern - und dafür benötigen Sie einen einzigartigen Satz von Transkriptionsfaktoren, je nachdem, mit welchen Genen Sie es zu tun haben.

Es gibt einen anderen Weg, um neue Zellen eines bestimmten Typs zu schaffen, und zwar über pluripotente Stammzellen - unreife oder Vorläuferzellen, die noch nicht "entschieden" haben, welche Art von Zelle sie sind. Aber Julian Gough - Professor für Bioinformatik in Bristol - erklärt, dass ihr Vorhersagesystem bedeutet, dass Sie diesen Weg nicht gehen müssen:

"Die Barriere für den Fortschritt in diesem Bereich sind die sehr begrenzten Arten von Zellen, die Wissenschaftler produzieren können. Unser System, Mogrify, ist eine Bioinformatik-Ressource, mit der experimentelle Biologen die Notwendigkeit umgehen, Stammzellen zu erzeugen."

Pluripotente Stammzellen können zur Behandlung vieler verschiedener Erkrankungen und Krankheiten eingesetzt werden. Es gibt zwei Arten: embryonale und künstliche. Embryonale Stammzellen stammen aus Embryonen, und obwohl sie Stammzellen von höchster Qualität sind, gibt es ethische Bedenken bezüglich ihrer Verwendung - und der Prozess, sie aus Embryonen für therapeutische Zwecke zu ernten, ist teuer und schwierig.

Die ersten humanen künstlichen pluripotenten Stammzellen wurden vor fast einem Jahrzehnt von einem Team unter der Leitung von Shinya Yamanaka von der Kyoto Universität in Japan geschaffen. Es dauerte lange, bis sie mit Hilfe von Versuch und Irrtum die vier Transkriptionsfaktoren gefunden hatten, mit denen sie Fibroblasten aus der Haut von Mäusen in pluripotente Stammzellen umprogrammieren konnten. Seither konnten Wissenschaftler nur wenige Male weitere Umwandlungen für menschliche Zellen entdecken.

"Atlas der Zellreprogrammierung"

Prof. Gough sagt, dass Mogrify vorhersagt, welche Transkriptionsfaktoren verwendet werden, um einen beliebigen menschlichen Zelltyp von einem anderen Zelltyp direkt zu erzeugen.

Mit Prof. Jose Polo von der Monash University in Australien testete das Bristol-Team das System auf zwei neue menschliche Zellkonversionen - und in beiden Fällen war es das erste Mal. Prof. Gough stellt fest:

"Die Geschwindigkeit, mit der dies erreicht wurde, legt nahe, dass Mogrify die Schaffung einer großen Anzahl von menschlichen Zelltypen im Labor ermöglichen wird."

Das Bristol-Team brauchte 5 Jahre, um den Algorithmus zu konstruieren, indem Informationen über die Genexpression mit denen von Transkriptionsregulationsnetzwerken zusammengebracht wurden. Sie verwendeten Daten des internationalen FANTOM-Konsortiums (mit Sitz in RIKEN, Japan), an dem Prof. Gough ein langjähriges Mitglied ist.

Der Beitrag stellt fest, wie das Team "Mogrify auf 173 menschliche Zelltypen und 134 Gewebe anwendete, einen Atlas der zellulären Reprogrammierung definierte", und dass der Algorithmus "die bei bekannten Transdifferenzierungen verwendeten Transkriptionsfaktoren korrekt vorhersagt".

Prof. Gough fasst die Implikationen ihrer Arbeit zusammen:

"Die Fähigkeit, zahlreiche Arten von menschlichen Zellen zu produzieren, wird direkt zu Gewebetherapien aller Art führen, um Erkrankungen von Arthritis über Makuladegeneration bis hin zu Herzerkrankungen zu behandeln. Das umfassendere Verständnis auf der molekularen Ebene der Zellproduktion, die daraus resultiert, könnte erlaube uns, ganze Organe aus den eigenen Zellen zu züchten. "

Um den Fortschritt in diesem Bereich zu beschleunigen, hat das Team Mogrify für andere Forscher und Wissenschaftler online verfügbar gemacht.

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