Transfarklılaşma - Transdifferentiation

Soy yeniden programlama olarak da bilinen transdiferansiyasyon , bir olgun somatik hücrenin bir ara pluripotent duruma veya progenitör hücre tipine maruz kalmadan başka bir olgun somatik hücreye dönüştürüldüğü yapay bir süreçtir . Kök hücrelerin birbirine dönüşümü de dahil olmak üzere tüm hücre kaderi anahtarlarını içeren bir metaplazi türüdür . Transdiferansiyasyonun mevcut kullanımları arasında hastalık modellemesi ve ilaç keşfi yer almaktadır ve gelecekte gen terapisi ve rejeneratif tıbbı içerebilir . "Transdiferansiyasyon" terimi, ilk olarak 1974'te Selman ve Kafatos tarafından, metamorfoz geçiren ipek güvelerinde kütikül üreten hücrelerin tuz salgılayan hücreler haline gelmesiyle hücre özelliklerindeki bir değişikliği tanımlamak için kullanıldı .

keşif

Davis ve ark. 1987, bir hücrenin bir yetişkin hücre tipinden diğerine değiştiği transdiferansiasyonun ilk örneğini (görüşünü) bildirdi. Fare embriyonik fibroblastlarını MyoD'yi ifade etmeye zorlamanın , bu hücreleri miyoblastlara dönüştürmek için yeterli olduğu bulundu .

Doğal örnekler

Yetişkin hücrelerin doğrudan bir soydan diğerine değiştiği bilinen tek örnek, Turritopsis dohrnii ( ölümsüz denizanası olarak da bilinir) ve Turritopsis Nutricula ( ölümsüz denizanasını ölümsüz yapan protozoan ) türlerinde görülür . Bunun yerine, hücreler farklılaşır ve daha sonra ilgilenilen hücre tipine yeniden farklılaşır. Gelen SBD göz merceği kaldırıldığında, pigmentli epitel mercek hücrelerine redifferentiate-de ayırt etme ve daha sonra hücreler. Vincenzo Colucci bu fenomeni 1891'de tanımladı ve Gustav Wolff 1894'te aynı şeyi tanımladı; öncelikli konu Hollanda'da (2021) incelenmektedir. Pankreasta, alfa hücrelerinin hem sağlıklı hem de diyabetik insan ve fare pankreas adacıklarında kendiliğinden kaderi değiştirebildiği ve beta hücrelerine farklılaşabildiği gösterilmiştir . Özofagus hücrelerinin düz kas hücrelerinin farklılaşmasından geliştiğine daha önce inanılırken , bunun yanlış olduğu gösterilmiştir.

Uyarılmış ve terapötik örnekler

Fonksiyonel transdiferansiyasyonun ilk örneği Ferber ve ark. karaciğerdeki hücrelerin gelişimsel kaderinde bir kaymaya neden olarak ve onları ' pankreatik beta-hücresi benzeri' hücrelere dönüştürerek. Hücreler , diyabetik farelerde hipergliseminin etkilerini azaltan geniş, fonksiyonel ve uzun süreli bir transdiferansiasyon sürecini indükledi . Ayrıca, trans-farklılaşmış beta benzeri hücrelerin, tip 1 diyabeti karakterize eden otoimmün saldırıya dirençli olduğu bulundu .

İkinci adım, insan örneklerinde transdiferansiasyona girmekti. Karaciğer hücrelerini tek bir genle dönüştürerek, Sapir ve ark. insan karaciğer hücrelerinin insan beta hücrelerine farklılaşması için indükleyebildiler.

Bu yaklaşım fare, sıçan, ksenopus ve insan dokularında gösterilmiştir (Al-Hasani ve diğerleri, 2013).

Hepatosit -beta hücre transdiferansiasyon sürecinin şematik modeli . Hepatositler, diyabetik hastadan karaciğer biyopsisi ile elde edilir, ex vivo olarak kültürlenir ve genişletilir , bir PDX1 virüsü ile dönüştürülür , fonksiyonel insülin üreten beta hücrelerine dönüştürülür ve hastaya geri nakledilir.

Granuloza ve teka hücreleri içinde yumurtalık yetişkin dişi farelerin için transdifferentiate olabilir Sertoli ve Leydig hücrelerinde endüklenmiş nakavt ile FOXL2 geni. Benzer şekilde, yetişkin erkek farelerin testislerindeki Sertoli hücreleri , DMRT1 geninin indüklenmiş nakavt yoluyla granüloza hücrelerine farklılaşabilir .

yöntemler

Köken-öğretici yaklaşım

Bu yaklaşımda, hedef hücre tipinin progenitör hücrelerinden gelen transkripsiyon faktörleri , transdiferansiasyonu indüklemek için somatik bir hücreye transfekte edilir. Hangi transkripsiyon faktörlerinin kullanılacağını belirlemenin iki farklı yolu vardır: büyük bir havuzla başlayıp faktörleri tek tek daraltarak veya bir veya iki ile başlayıp daha fazlasını ekleyerek. Kesin özellikleri açıklayan bir teori, ektopik Transkripsiyonel faktörlerin hücreyi daha önceki bir progenitör duruma yönlendirmesi ve ardından onu yeni bir hücre tipine yönlendirmesidir. DNA metilasyonu veya histon modifikasyonu yoluyla kromatin yapısının yeniden düzenlenmesi de rol oynayabilir. İşte in vitro örneklerin ve in vivo örneklerin bir listesi . Spesifik fare hücrelerinin transfekte edilmesine yönelik in vivo yöntemler, vektörün spesifik bir organa enjekte edilmesi dışında, in vitro deneylerle aynı türde vektörleri kullanır . Zhou et al. (2008), hiperglisemiyi iyileştirmek için pankreas ekzokrin hücrelerini β-hücrelerine yeniden programlamak için farelerin dorsal dalak lobuna (pankreas) Ngn3, Pdx1 ve Mafa enjekte etti .

İlk epigenetik aktivasyon fazı yaklaşımı

Somatik hücreler , istenen inhibitör veya aktive edici faktörlerle transfekte edilmeden önce ilk olarak geçici olarak pluripotent yeniden programlama faktörleriyle ( Oct4 , Sox2 , Nanog , vb.) transfekte edilir. İşte in vitro örneklerin bir listesi .

farmakolojik ajanlar

DNA metilasyon inhibitörü 5-azasitidin'in ayrıca kalp hücrelerinin iskelet miyoblastlarına fenotipik transdiferansiasyonunu desteklediği bilinmektedir.

Olarak , prostat kanseri , tedavisi androjen reseptörü hedefleyen tedaviler indükler nöroendokrin transdiferansiasyon bir alt kümesi, hasta. Bu hastalar için standart bir bakım yoktur ve tedaviye bağlı nöroendokrin karsinom teşhisi konanlar tipik olarak palyatif olarak tedavi edilir.

Hareket mekanizması

Transkripsiyon faktörleri, geri dönüşü olmayan bir süreç için kısa vadeli bir tetikleyici görevi görür. Transdiferansiyasyon karaciğer hücreleri, tek bir pdx1 enjeksiyonundan 8 ay sonra gözlemlendi.

Ektopik transkripsiyon faktörleri, hücrelerin her birinde konakçı gen ekspresyon repertuarını kapatır. Bununla birlikte, istenen alternatif repertuar, yalnızca önceden belirlenmiş hücrelerin bir alt popülasyonunda açılmaktadır. Muazzam farklılaşmaya rağmen - soy izleme yaklaşımı gerçekten de transdiferansiasyonun yetişkin hücrelerden kaynaklandığını göstermektedir.

Mogrify algoritması

Her hücre dönüşümü için manipüle edilmesi gereken benzersiz hücresel faktörlerin belirlenmesi, çok fazla deneme yanılma içeren uzun ve maliyetli bir süreçtir. Sonuç olarak, hücre dönüşümü için temel hücresel faktörlerin belirlenmesine yönelik bu ilk adım, hücre yeniden programlama alanında araştırmacıların karşılaştığı en büyük engeldir. Uluslararası bir araştırma ekibi, bir insan hücre tipini diğerine dönüştürmek için gereken optimal hücresel faktör setini tahmin edebilen Mogrify(1) adlı bir algoritma geliştirdi. Test edildiğinde, Mogrify daha önce yayınlanmış hücre dönüşümleri için gereken hücresel faktör setini doğru bir şekilde tahmin edebildi. Ekip, Mogrify'ın tahmin yeteneğini daha da doğrulamak için laboratuvarda insan hücrelerini kullanarak iki yeni hücre dönüşümü gerçekleştirdi ve bunlar yalnızca Mogrify'ın tahminlerini kullanarak her iki denemede de başarılı oldu. Mogrify, diğer araştırmacılar ve bilim adamları için çevrimiçi olarak kullanıma sunuldu.

Sorunlar

Değerlendirme

Transdiferansiye hücreleri incelerken, yeşil floresan protein veya immünodeteksiyon kullanılarak gerçekleştirilebilen hedef hücre tipinin belirteçlerini ve donör hücre belirteçlerinin yokluğunu aramak önemlidir. Hücre fonksiyonu, epigenom , transkriptom ve proteom profillerini incelemek de önemlidir . Hücreler, aynı zamanda, ilgili dokuya in vivo entegre olma ve fonksiyonel olarak doğal karşılığının yerini alma yeteneklerine göre de değerlendirilebilir. Bir çalışmada, Gata4 , Hnf1α ve Foxa3 transkripsiyon faktörleri kullanılarak kuyruk ucu fibroblastlarının hepatosit benzeri hücrelere farklılaştırılması ve p19(Arf) inaktivasyonu, bir değerlendirme aracı olarak hayatta kalma kullanılarak farelerin sadece yarısında hepatosit benzeri karaciğer fonksiyonlarını restore etti.

Fareden insan hücrelerine geçiş

Genellikle fare hücrelerinde meydana gelen transdiferansiyasyon, insan hücrelerinde etkinlik veya hız olarak tercüme edilmez. Pang ve ark. Transkripsiyon faktörleri Ascl1 , Brn2 ve Myt1l fare hücrelerini olgun nöronlara dönüştürürken, aynı faktör setinin sadece insan hücrelerini olgunlaşmamış nöronlara dönüştürdüğünü buldu. Bununla birlikte, NeuroD1'in eklenmesi verimliliği artırabildi ve hücrelerin olgunluğa erişmesine yardımcı oldu.

Transkripsiyon faktörü ifadesinin sırası

Transkripsiyon faktörlerinin ekspresyon sırası, hücrenin kaderini yönlendirebilir. Iwasaki et al. (2006) hematopoietik soylarının olarak, ekspresyon zamanlama olduğunu göstermiştir GATA-2 ve (Cı-/ EBPalpha) bir olup olmadığını değiştirebilir lenfoid-kararlı progenitörler farklılaşabildiği granülosit / monosit progenitor, eozinofil , bazofil veya bipotent bazofil / mast hücre progenitör soylar.

immünojenisite

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler için, farelere enjekte edildiğinde, sinerjik farenin bağışıklık sisteminin teratom oluşumunu reddettiği bulunmuştur . Bunun bir kısmı, bağışıklık sisteminin enjekte edilen hücrelerin spesifik dizilerinin epigenetik belirteçlerini tanıması olabilir. Bununla birlikte, embriyonik kök hücreler enjekte edildiğinde, bağışıklık tepkisi çok daha düşüktü. Bunun transdiferansiye hücrelerde gerçekleşip gerçekleşmeyeceği araştırılmaya devam etmektedir.

transfeksiyon yöntemi

Transfeksiyonu gerçekleştirmek için , lentivirüsler veya retrovirüsler gibi entegre viral vektörler , Sendai virüsleri veya adenovirüsler gibi entegre olmayan vektörler , mikroRNA'lar ve proteinler ve plazmitlerin kullanılması dahil olmak üzere çeşitli başka yöntemler kullanılabilir ; bir örnek, fibroblastların nöronal farklılaşmasını ortaya çıkarmak için bir polimerik taşıyıcı ile transkripsiyon faktörünü kodlayan plazmitlerin viral olmayan dağıtımıdır. Yabancı moleküller hücrelere girdiğinde, olası dezavantajlar ve tümör büyümesine neden olma potansiyeli dikkate alınmalıdır. Entegre viral vektörler, genoma yerleştirildiğinde mutasyonlara neden olma şansına sahiptir. Bunun etrafından dolaşmanın bir yöntemi, yeniden programlama gerçekleştikten sonra viral vektörü kesip çıkarmaktır, buna örnek olarak Cre-Lox rekombinasyonu verilebilir. Entegrasyon yapmayan vektörlerin, yeniden programlamanın verimliliği ve vektörün çıkarılması ile ilgili başka sorunları vardır. Diğer yöntemler nispeten yeni alanlardır ve keşfedilmeyi bekleyen çok şey vardır.

pluripotent yeniden programlama

  • Hücreleri pluripotens olarak yeniden programlayan hemen hemen tüm faktörler keşfedilmiştir ve çok çeşitli hücreleri tekrar indüklenmiş pluripotent kök hücrelere (iPSC'ler) dönüştürebilir . Bununla birlikte, bir hücrenin soyunu değiştirebilecek yeniden programlama faktörlerinin çoğu keşfedilmemiştir ve bu faktörler yalnızca o belirli soy için geçerlidir.
  • Transdiferansiye hücrelerin nihai ürünleri klinik çalışmalar için kullanılabilir, ancak iPSC'ler farklılaştırılmalıdır.
  • Gelecekte farklılaşmayı in vivo kullanmak mümkün olabilirken, pluripotent yeniden programlama in vivo olarak teratomlara neden olabilir.
  • Transdiferansiye hücreler sıfırlanmak için daha az epigenetik işaret gerektirirken, pluripotent yeniden programlama neredeyse tamamının kaldırılmasını gerektirir, bu da yeniden farklılaşma sırasında bir sorun haline gelebilir.
  • Farklılaşma, benzer soylar arasında hareket etmeye yöneliktir, oysa pluripotent yeniden programlama sınırsız potansiyele sahiptir.
  • Pluripotent hücreler kendini yenileme yeteneğine sahiptir ve çoğu zaman mutasyon biriktirme şansını artıran birçok hücre geçişinden geçer. Hücre kültürü, bir organizmanın içinde değil, bu koşullar altında hayatta kalmaya adapte olmuş hücreleri de destekleyebilir. Farklılaşma, daha az hücre geçişi gerektirir ve mutasyon olasılığını azaltır.
  • Transdiferansiyasyon, sonraki süreçte yer alan ekstra adım nedeniyle pluripotens yeniden programlamadan çok daha verimli olabilir.
  • Hem pluripotent hem de transdiferansiye hücreler yetişkin hücreleri kullanır, bu nedenle başlangıç ​​hücreleri çok erişilebilirdir, oysa insan embriyonik kök hücreleri yasal boşluklarda gezinmeyi ve kök hücre araştırma tartışmalarının ahlakını araştırmayı gerektirir.

Ayrıca bakınız

Referanslar