Часть 3 (1129751), страница 3
Текст из файла (страница 3)
8.5). Их потомки в эмбрионе идеальновживаются в любое место, в котором они оказались, проявляя все свойства нормальных клеток этой ткани.Клетки со сходными с мышиными ЭС клетками свойствами теперь можно выделить из человеческих эмбрионов, создавая потенциально неисчерпаемый источникклеток для замещения или восстановления поврежденной зрелой ткани человека.Эксперименты на мышах показали, что в будущем ЭС клетки можно использоватьдля создания специализированных клеток для терапии. Например, для замещенияволокон скелетных мышц, дегенерированных у больных мышечной дистрофией,нервных клеток, отмирающих у жертв болезни Паркинсона, инсулин-секретирующихклеток, которые разрушаются при диабете I-го типа, и клеток сердечной мышцы,Глава 8.
Манипуляция белками, ДНК и РНК 901погибающих во время сердечного приступа. Может быть однажды путем рекапитуляции эмбрионального развития станет возможным выращивать из ЭС клетокцелые органы. Важно помнить, что во взрослые особи нельзя трансплантировать ЭСклетки сами по себе, так как они способны приводить к возникновению опухолей,называемых тератомами.С использованием ЭС клеток для восстановления тканей связана и другая серьезная проблема. Если трансплантированные клетки генетически отличны от клетокпациента, в которого они вводятся, иммунная система реципиента отторгнет и разрушит эти клетки.
Конечно, этой проблемы можно избежать, если применяемыедля терапии клетки берутся из организма самого пациента. В главе 23 обсуждаетсяэтот вопрос; во многих тканях взрослого организма содержатся стволовые клетки,функцией которых является непрерывное пополнение пула клеток одного или нескольких типов. Значительное количество исследований в области стволовых клеток посвящено именно способам управления поведением этих взрослых стволовыхклеток для восстановления тканей.Технология ЭС клеток, по крайней мере в теории, также предлагает решениепроблемы отторжения иммунной системой чужеродных тканей.
Этому подходу,известному как «терапевтическое клонирование», посвящен следующий раздел.Рис. 8.5. Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки, выделенные из зародыша. Из этих культивированныхклеток способны развиться все типы присутствующих в организме клеток. ЭС клетки выделяют из внутренней клеточной массы эмбриона на ранней стадии развития. Их можно бесконечное время поддерживать в культуре в форме стволовых клеток (см. главу 23). Если их поместить обратно в эмбрион, ониинтегрируются в него и дифференцируются в соответствии со своим окружением.
Клетки также можнодержать в культуре в качестве бессмертной клеточной линии; затем, чтобы они дифференцировалисьв определенный тип клеток, их можно обработать различными гормонами или факторами роста. (Согласно E. Fuchs and J. A. Segré, Cell 100: 143–155, 2000. С любезного разрешения издательства Elsevier.)902Часть III. Методы8.1.5. Трансплантация ядер соматических клеток способна привестик созданию персональных стволовых клетокТермин «клонирование» используют в качестве короткого обозначения нескольких довольно различных типов процедур. Необходимо понимать эти различия, особенно в связи с общественной дискуссией об этике исследования стволовых клеток.В биологии клон – это всего лишь набор генетически идентичных друг другуособей, произошедших из одного предшественника.
Самым простым типом клонирования является клонирование клеток. Таким образом, можно выделить из кожиодну эпидермальную стволовую клетку, позволить ей расти и делиться в культуреи в результате получить большой клон генетически идентичных эпидермальных клеток. Их можно затем использовать, например, для восстановления кожного покровапациентов с тяжелыми ожогами. Такого рода клонирование является не чем иным,как искусственным усилением процессов клеточной пролиферации и заживления,происходящих в человеческом теле в нормальных условиях.Клонирование целых многоклеточных организмов — репродуктивное клонирование — это совершенно другой процесс.
Здесь задействованы механизмы, радикально отличающиеся от естественных природных процессов. Обычно у каждогоживотного есть мать и отец, и оно генетически отличается от них. При репродуктивном клонировании отпадает необходимость наличия двух родителей и сексуальногосоюза для зарождения жизни. В случае млекопитающих выдающиеся результатыдостигнуты на овцах и некоторых других домашних животных при помощи трансплантации ядер соматических клеток. Процедура начинается с неоплодотвореннойяйцеклетки.
Из этой гаплоидной клетки высасывают ядро и заменяют его ядромобычной диплоидной соматической клетки. Диплоидную донорскую клетку обычноизвлекают из ткани взрослой особи. Гибридная клетка, состоящая из диплоидногодонорского ядра и цитоплазмы яйцеклетки-реципиента, некоторое время развивается в культуре. В небольшом количестве случаев происходит формированиеэмбриона, который затем помещают в матку суррогатной матери (рис. 8.6). Еслиэкспериментатору повезет, развитие зародыша пойдет нормально и в конце концовродится новое животное. Полученная таким образом, при помощи репродуктивногоклонирования, особь будет генетически идентична взрослой особи, служившей донором диплоидной клетки (за исключением небольшого количества заключеннойв митохондриях генетической информации, которая наследуется исключительноиз цитоплазмы яйцеклетки).Терапевтическое клонирование значительно отличается от репродуктивного.В этом случае метод трансплантации ядер соматических клеток применяют для создания персональных ЭС клеток (см.
рис. 8.6). Здесь эмбрион на очень ранней стадииразвития, состоящий из примерно 200 клеток, не переносится в матку суррогатнойматери. Вместо этого его хранят в культуре и используют в качестве источникаЭС клеток с целью их дифференцировки в различные типы клеток, которые можно будет применять для восстановления тканей. Полученные таким путем клеткигенетически практически идентичны донору исходного ядра, поэтому их можнотрансплантировать обратно в донора без риска иммунологической реакции.Трансплантация ядер соматических клеток потенциально имеет еще одно достоинство — она может позволить изучать наследственные заболевания человека.ЭС клетки, получившие соматическое ядро от особи с наследственным заболеванием, могут позволить напрямую исследовать развитие заболевания по мере диф-Глава 8.
Манипуляция белками, ДНК и РНК 903ференцировки их в различные типы клеток. «Болезнеспецифические» ЭС клеткии их дифференцированных потомков также можно использовать для разработкии тестирования новых лекарств. Эти подходы до сих пор находятся на начальныхэтапах, и во многих странах определенные аспекты исследований запрещены законом.
Остается неясным, возможно ли создавать человеческие ЭС клетки при помощи трансплантации ядер, и способны ли они в полной мере оправдать надежды,возлагаемые на них учеными.8.1.6. Клеточные линии гибридомы как фабрики по производствумоноклональных антителАнтитела — очень полезный инструмент клеточной биологии. Их высокаяспецифичность позволяет визуализировать расположение нескольких конкретныхбелков из многих тысяч, синтезируемых клеткой.
Антитела часто получают путемпрививки животным интересующего белка и последующего выделения из сывороткикрови специфичных к этому белку антител. Однако в результате получается неоднородная смесь антител, распознающих разные антигенные сайты макромолекулы. Более того, одно привитое животное может дать ограниченное число антител,а у разных особей антитела будут отличаться. К тому же специфичные к нужномуантигену антитела составляют лишь некоторую часть всех антител в сывороткекрови. Альтернативным подходом, позволяющим получить неограниченное числоидентичных друг другу антител и значительно увеличить специфичность и применимость основанных на антителах методов, является синтез антител клеточнымилиниями гибридомы.Эта технология, разработанная в 1975 г., совершила переворот в синтезе антителкак для нужд клеточной биологии, так и для диагностики и лечения некоторых заболеваний, например, ревматического артрита и рака.
Процедура основана на методеполучения клеточных гибридов (рис. 8.7) и включает в себя выращивание клеточ-Рис. 8.6. Репродуктивное и терапевтическое клонирование. Клетки взрослого организма можно использовать для репродуктивного клонирования или создания персональных ЭС клеток (так называемоготерапевтического клонирования).904Часть III. Методыной линии из единственного секретирующего антитела В-лимфоцита для получениябольшого количества однородных антител.
В-лимфоциты в норме живут в культуреограниченное время, но отдельные синтезирующие антитела В-лимфоцитов из иммунизированных мышей или крыс при слиянии с клетками из трансформированнойклеточной линии В-лимфоцитов могут дать гибриды, способные синтезироватьопределенное антитело и неограниченно размножаться в культуре. Такие гибридомывыращивают как отдельные клеточные линии, каждая из которых является постоянным источником единственного типа моноклональных антител (рис.
8.8). Каждыйих тип распознает единственный тип антигенного сайта, например, конкретныйкластер из пяти или шести боковых цепей аминокислотных остатков на поверхностибелка. За счет однородной специфичности моноклональные антитела в большинствеслучаев гораздо удобнее, чем обычная иммунная сыворотка.Важное достоинство метода гибридом состоит в том, что можно синтезировать моноклональные антитела против молекул, составляющих лишь малую частьсложной смеси.