Стволовые клетки могут вызывать развитие опухолевого процесса
- Новости /
-
4876
Способность к самообновлению и дифференцировке в любые клеточные типы взрослого организма делает плюрипотентные клетки человека (эмбриональные стволовые клетки – ЭСК и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – иПСК) потенциальным источником материала для клеточной терапии. Сегодня клеточная терапия является предметом многочисленных исследований, призванных оценить её безопасность. Большинство учёных уже в течение многих лет сосредотачивают своё внимание на возможной туморогенности используемых клеток [1].
Поскольку генетические нарушения могут инициировать злокачественное перерождение, крайне важно, чтобы клеточные культуры, предназначенные для применения в клинике, были генетически стабильны. Некоторые линии ЭСК человека, как было показано в нескольких работах, при культивировании склонны к приобретению анеуплоидии [2-6], а наиболее распространённые хромосомные изменения в ЭСК, такие как трисомии по хромосомам 12 и 17, также характерны для клеток злокачественных эмбриональных опухолей [7-9]. Анеуплоидии могут быть обнаружены с помощью кариотипирования, однако более сложно обнаруживаемые субхромосомные перестройки, касающиеся групп по несколько нуклеотидов или даже единичных нуклеотидных замен, также могут оказаться причиной озлокачествления клеток. Такие нарушения могут быть выявлены лишь с помощью сравнительной геномной гибридизации (comparative genomic hybridization, CGH-анализ) или анализа единичных нуклеотидных замен (single-nucleotide polymorphism, SNP-анализ) [10-12].
В январе 2011 г. в журнале Cell Stem Cell были опубликованы результаты первого масштабного исследования, посвящённого детальному SNP-анализу большого количества линий ЭСК (69 линий, 130 образцов), иПСК (37 линий, 56 образцов), соматических клеток (11 линий, 11 образцов), первичных культур (41 линия, 41 образец) и 20 различных тканей (67 образцов) человека. В работе параллельно использовалось 2 алгоритма SNP-анализа: CNVPartition (Illumina, Inc., США) и Nexus (Biodiscovery, Inc., США) для исключения возможных ошибок и получения максимально объективных данных. Все результаты были верифицированы с помощью количественной полимеразной цепной реакции. Было обнаружено, что в ДНК ЭСК и иПСК, в отличие от линий соматических клеток и первичных культур, присутствует большое количество генетических нарушений. Более того, авторы работы выявили конкретные области генома, в которых возникают нарушения у различных линий плюрипотентных клеток.
В ЭСК в сравнении с дифференцированными клетками было обнаружено достоверно более частое возникновение дупликаций в 152 областях генома. Наиболее важными были дупликации на хромосоме 12, затрагивающие область генов плюрипотентности Nanog и Oct4/Pou5f1 и псевдогена NanogP1 (в 9 линиях ЭСК), и на хромосоме 20, затрагивающие область выше гена метилтрансферазы DNMT3B (в 7 линиях ЭСК, а также в 1 линии иПСК). При этом часть дупликаций захватывала и сам ген DNMT3B (в 6 линиях ЭСК). Подобные дупликации характерны для клеток многих злокачественных опухолей [13-16]. В процессе длительного культивирования (более 80 пассажей) эти хромосомные изменения сохранялись и накапливались, то есть клетки, несущие их в своей ДНК, имели селективное преимущество.
Для иПСК исследователи оценивали накопление хромосомных аберраций на трех этапах: сразу после их получения (репрограммирования эмбриональных фибробластов линии HDF51, предварительно подвергнутых тщательному SNP-анализу), в процессе длительного культивирования, а также после индукции процесса спонтанной дифференцировки. Обнаружилось, что для иПСК сразу после репрограммирования и на ранних пассажах (5-8 пассажи), в отличие от ЭСК, характерны не дупликации генов плюрипотентности, а делеции в областях генома, содержащих гены-супрессоры опухолевого роста (например, гена FRS2). В исходной линии фибробластов подобных нарушений обнаружено не было. В процессе длительного культивирования (25-34 пассажей) в иПСК появлялись также дупликации генов, чья повышенная экспрессия ассоциирована со злокачественным перерождением клеток: RHOC, NRAS, AKT3, MDM2, CTAGE4 [17]. Также было показано, что в процессе спонтанной дифференцировки в иПСК происходит резкое увеличение количества генетических аберраций, причём в культуре росло количество клеток с делециями в областях генов-супрессоров опухолевого роста и дупликациями онкогенов (исследователи оценивали клетки на 2 и на 7 сутки после запуска процесса спонтанной дифференцировки). Всего было оценено 12 клонов иПСК, полученных из одной и той же линии эмбриональных фибробластов, и во всех случаях наблюдалась одна и та же картина. Таким образом, не только культивирование, но и дифференцировка оказалась высокоселективным процессом, в ходе которого преимущество получали клетки с аберрантным геномом.
Результаты этого глубокого и тщательного исследования весьма тревожны. Плюрипотентные клетки человека склонны к накоплению генетических нарушений, не обнаруживаемых с помощью рутинных процедур, таких как кариотипирование и другие методы, основанные на использовании световой микроскопии. Важно, что исследователям так и не удалось установить, в какой момент в клетках – как в ЭСК, так и в иПСК – появляются субхромосомные нарушения, поскольку клетки содержали их уже на самых ранних пассажах. При этом нарушения были не случайными, а повторялись в различных линиях ЭСК и иПСК, и можно с уверенностью сказать, что плюрипотентные клетки склонны к накоплению дупликаций в областях генома, содержащих гены плюрипотентности и онкогены, а также делеций в областях генов-супрессоров опухолевого роста. Всё это может послужить причиной развития опухолевого процесса при попадании подобных клеток и их производных в организм реципиента, а потому требуются исследования, направленные не только на разработку методов контроля генетической стабильности плюрипотентных клеток, но и на создание способа предотвращения генетических аберраций. Возможно, необходимо пересмотреть стандартные методы получения и условия культивирования клеток, поскольку без гарантии генетической стабильности плюрипотентные клетки не могут рассматриваться как источник дифференцированных клеток для трансплантаций в клинике.
Библиография
1. Fox J.L. FDA scrutinizes human stem cell therapies. Nat. Biotechnol. 2008; 26: 598-9[Abstract]
2. Baker D.E., Harrison N.J., Maltby E. et al. Adaptation to culture of human embryonic stem cells and oncogenesis in vivo. Nat. Biotechnol. 2007; 25: 207-15 [Abstract]
3. Draper J.S., Smith K., Gokhale P. et al. Recurrent gain of chromosomes 17q and 12 in cultured human embryonic stem cells. Nat. Biotechnol. 2004; 22: 53-4[Abstract]
4. Imreh M.P., Gertow K., Cedervall J. et al. In vitro culture conditions favoring selection of chromosomal abnormalities in human ES cells.J. Cell. Biochem.2006; 99: 508-16 [Abstract]
5. Maitra A., Arking D.E., Shivapurkar N. et al. Genomic alterations in cultured human embryonic stem cells. Nat. Genet.2005; 37: 1099-103[Abstract]
6. Mitalipova M.M., Rao R.R., Hoyer D.M. et al. Preserving the genetic integrity of human embryonic stem cells.Nat. Biotechnol.2005; 23: 19-20 [Abstract]
7. Atkin N.B., Baker M.C. Specific chromosome change, i(12p), in testicular tumours? Lancet 1982; 2: 1349 [Abstract]
8. Rodriguez E., Houldsworth J., Reuter V.E. et al. Molecular cytogenetic analysis ofi(12p)-negative human male germ cell tumors. Genes Chromosomes Cancer 1993; 8: 230-6 [Abstract]
9. Skotheim R.I., Monni O., Mousses S. et al. New insights into testicular germ cell tumorigenesis from gene expression profiling. Cancer Res. 2002; 62: 2359-64 [Abstract]
10. Lefort N., Feyeux M., Bas C. et al. Human embryonic stem cells reveal recurrent genomic instability at 20q11.21. Nat. Biotechnol. 2008; 26: 1364-6 [Abstract]
11. Naervae E., Autio R., Rahkonen N. et al. High-resolution DNA analysis of human embryonic stem cell lines reveals culture-induced copy number changes and loss of heterozygosity. Nat. Biotechnol. 2010; 28: 371-7 [Abstract]
12. Spits C., Mateizel I., Geens M. et al. Recurrent chromosomal abnormalities in human embryonic stem cells. Nat. Biotechnol. 2008; 26: 1361-3 [Abstract]
13. Guan X.Y., Horsman D., Zhang H.E. et al. Localization by chromosome microdissection of a recurrent breakpoint region on chromosome 6 in human B-cell lymphoma. Blood 1996; 88: 1418-22 [Abstract]
14. Hurst C.D., Fiegler H., Carr P. et al. High-resolution analysis of genomic copy number alterations in bladder cancer by microarray-based comparative genomic hybridization. Oncogene 2004; 23: 2250-63 [Abstract]
15. Koynova D.K., Jordanova E.S., Milev A.D. et al. Gene-specific fluorescence in-situ hybridization analysis on tissue microarray to refine the region of chromosome 20q amplification in melanoma. Melanoma Res. 2007; 17: 37-41 [Abstract]
16. Midorikawa Y., Yamamoto S., Ishikawa S. et al. Molecular karyotyping of human hepatocellular carcinoma using single-nucleotide polymorphism arrays. Oncogene 2006; 25: 5581-90 [Abstract]
17. Iejima D., Minegishi Y., Takenaka K. et al. FRS2beta, a potential prognostic gene for non-small cell lung cancer, encodes a feedback inhibitor of EGF receptor family members by ERK binding. Oncogene 2010; 29: 3087-99 [Abstract]
Источник: celltranspl.ru