Генерування інсулін-продукуючих клітин зі стовбурових клітин. Перепрограмування соматичних клітин
pdf

Ключові слова

стовбурові клітини, інсулін-продукуючі клітини, перепрограмування соматичних клітин.

Як цитувати

Tronko, M., Pushkarev, V., Kovzun, O., Sokolova, L., & Pushkarev, V. (2022). Генерування інсулін-продукуючих клітин зі стовбурових клітин. Перепрограмування соматичних клітин. Ендокринологія | Endocrinology, 27(1), 43-56. Retrieved із https://endokrynologia.com.ua/index.php/journal/article/view/647

Анотація

Сучасні стратегії створення інсулін-продукуючих клітин (insulin-producing cells, IPCs) в основному базуються на підходах, що імітують нормальний розвиток підшлункової залози (ПЗ). Отримані IPCs повинні експресувати специфічні біологічні маркери нормальних β-клітин, які ідентифікують кінцевий статус диференціації, та реагувати на зміни концентрації глюкози в середовищі. Основні етапи розвитку ембріональної ПЗ включають розвиток дефінітивної ентодерми, примітивної кишкової трубки, попередника ПЗ, ендокринного попередника та ендокринних клітин, які експресують гормони. Додаючи на кожній стадії різноманітні цитокіни та модулятори сигналінгу для активації або пригнічення специфічних шляхів передачі сигналів, які беруть участь у генерації дорослих β-клітин, досягають того, що плюрипотентні стовбурові клітини людини (human pluripotent stem cells, hPSCs) набувають фенотипу β-клітин. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (induced pluripotent stem cells, iPSCs) можна перепрограмувати із соматичних клітин пацієнта та диференціювати для застосування в ураженій тканині. Використання цього типу клітин має перевагу тому, що знижує ймовірність імунного відторгнення в реципієнта, а також дозволяє уникнути етичних проблем, пов’язаних із використанням ембріональних плюрипотентних стовбурових клітин (embryonic pluripotent stem cells, EPSCs). Використання iPSCs засноване на властивостях специфічних білків плюрипотентних стовбурових клітин (pluripotent stem cells, PSCs), які при надмірній експресії можуть перепрограмувати соматичні клітини. Це досягається за допомогою факторів транскрипції OCT4, KLF4, SOX2 і c-Myc, які відповідають за збереження плюрипотентності кінцевої клітини. Генерування iPSCs проводиться методами, заснованими на вірусних та невірусних векторах. Методи з використанням вірусів призводять до високої ефективності інтеграції в геном, але мають обмеження щодо безпеки. Хоча iPSCs можуть бути застосовні в регенеративній медицині, для моделювання захворювань та скринінгу ліків, деякі проблеми, пов’язані з використанням iPSCs (такі як низька ефективність перепрограмування та ризик канцерогенезу), все ще не вирішені. Також існують перешкоди для терапії стовбуровими клітинами (stem cells, SCs), такі як функціональна незрілість β-клітин, отриманих від SCs, ризик виникнення пухлини та імунне відторгнення трансплантата, які вимагають подальших досліджень.

pdf

Посилання

Cleveland MH, Sawyer JM, Afelik S, Jensen J, Leach SD. Exocrine ontogenies: on the development of pancreatic acinar, ductal and centroacinar cells. Semin Cell Dev Biol. 2012 Aug;23(6):711-9. doi: 10.1016/j.semcdb.2012.06.008.

Peloso A, Citro A, Zoro T, Cobianchi L, Kahler-Quesada A, Bianchi CM, et al. Regenerative medicine and diabetes: targeting the extracellular matrix beyond the stem cell approach and encapsulation technology. Front Endocrinol (Lausanne). 2018 Aug 31;9:445. doi: 10.3389/fendo.2018.00445.

Rankin SA, McCracken KW, Luedeke DM, Han L, Wells JM, Shannon JM, et al. Timing is everything: Reiterative Wnt, BMP and RA signaling regulate developmental competence during endoderm organogenesis. Dev Biol. 2018 Feb 1;434(1):121-32. doi: 10.1016/j.ydbio.2017.11.018.

Arroyave F, Montaño D, Lizcano F. Diabetes mellitus is a chronic disease that can benefit from therapy with induced pluripotent stem cells. Int J Mol Sci. 2020 Nov 18;21(22):8685. doi: 10.3390/ijms21228685.

Jennings RE, Berry AA, Gerrard DT, Wearne SJ, Strutt J, Withey S, et al. Laser capture and deep sequencing reveals the transcriptomic programmes regulating the onset of pancreas and liver differentiation in human embryos. Stem Cell Reports. 2017 Nov 14;9(5):1387-94. doi: 10.1016/j.stemcr.2017.09.018.

Sun ZY, Yu TY, Jiang FX, Wang W. Functional maturation of immature β cells: a roadblock for stem cell therapy for type 1 diabetes. World J Stem Cells. 2021 Mar 26;13(3):193-207. doi: 10.4252/wjsc.v13.i3.193.

Aigha II, Abdelalim EM. NKX6.1 transcription factor: a crucial regulator of pancreatic β cell development, identity, and proliferation. Stem Cell Res Ther. 2020 Oct 29;11(1):459. doi: 10.1186/s13287-020-01977-0.

Salisbury RJ, Blaylock J, Berry AA, Jennings RE, De Krijger R, Piper Hanley K, et al. The window period of NEUROGENIN3 during human gestation. Islets. 2014;6(3): e954436. doi: 10.4161/19382014.2014.954436.

Lee K, Cho H, Rickert RW, Li QV, Pulecio J, Leslie CS, et al. FOXA2 is required for enhancer priming during pancreatic differentiation. Cell Rep. 2019 Jul 9;28(2):382-93.e7. doi: 10.1016/j.celrep.2019.06.034.

Villamayor L, Rodríguez-Seguel E, Araujo R, Carrasco M, Bru- Tarí E, Mellado-Gil JM, et al. GATA6 controls insulin biosynthesis and secretion in adult β-cells. Diabetes. 2018 Mar;67(3):448-60. doi: 10.2337/db17-0364.

Puri S, Roy N, Russ HA, Leonhardt L, French EK, Roy R, et al. Replication confers β cell immaturity. Nat Commun. 2018 Feb 2;9(1):485. doi: 10.1038/s41467-018 -02939-0.

Chen S, Du K, Zou C. Current progress in stem cell therapy for type 1 diabetes mellitus. Stem Cell Res Ther. 2020 Jul 8;11(1):275. doi: 10.1186/s13287-020-01793-6.

Millman JR, Xie C, Van Dervort A, Gürtler M, Pagliuca FW, Melton DA. Generation of stem cell-derived β-cells from patients with type 1 diabetes. Nat Commun. 2016 May 10;7:11463. doi: 10.1038/ncomms11463.

Millman JR, Pagliuca FW. Autologous pluripotent stem cellderived β-like cells for diabetes cellular therapy. Diabetes. 2017 May;66(5):1111-20. doi: 10.2337/db16-1406.

Mu XP, Ren LQ, Yan HW, Zhang XM, Xu TM, Wei AH, et al. Enhanced differentiation of human amniotic fluid-derived stem cells into insulin-producing cells in vitro. J Diabetes Investig. 2017 Jan;8(1):34-43. doi: 10.1111/jdi.12544.