В отличие от высших
растений, которые самой природой приспособлены для бесполого (вегетативного)
размножения и клонирования, высшие животные в природе не размножаются бесполым
путем. Однако в 1952 году удалось пересадить ядра, взятые из соматических клеток (клеток не
являющихся половыми), в оплодотворенную яйцеклетку лягушки, из которой предварительно были
удалены пронуклеусы ([i]).
Оказалось, что по мере продвижения донорных клеток по тому или иному пути
дифференциации их ядра утрачивали способность заменять ядро оплодотворенной
яйцеклетки ([ii]).
Если при пересадке ядер из клеток очень ранних эмбрионов удавалось получить
взрослых лягушек, то трансплантация ядер взятых от взрослых и, тем более
старых, доноров всегда приводила к летальным нарушениям онтогенеза на
эмбриональной или личиночной стадии ([iii],
[iv]).
Аналогичная закономерность была
обнаружена и в экспериментах с ядрами млекопитающих ([v], [vi],
[vii]), хотя результаты эти
получить было гораздо труднее, т.к. размеры ооцита у млекопитающих в десятки
раз меньше чем у лягушки ([viii]).
Эти данные свидетельствовали о том, что ооциты
имеют механизмы для перепрограммирования эпигенома соматической клетки в
эпигеном эмбриональной клетки, однако возрастные изменения затрудняют действие
этих механизмов.
Разработка методов выделения из эмбрионов
и размножения в культуре эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) ([ix],
[x])
позволила выяснить условия, при которых ЭС клетки остаются
недифференцированными (плюрипотентными)
– способными дать начало любому типу
клеток организма ([xi]).
Оказалось,
что для культивирования плюрипотентных клеток обычно необходимо использовать
«питающие (feeder)» клетки. Питающие
клетки поддерживают стволовые клетки в недифференцированном состоянии,
выделяя в культуральную среду различные факторы. Заменить питающие клетки может
добавление в культуральную среду фактора
ингибирующего лейкемию (Leukemia Inhibitory Factor - LIF) и основного ростового
фактора фибробластов 2 (basic fibroblast growth factor 2 - bFGF2)
([xii]) ,
а также небольшого белка называемого СС
химокин лиганд 2 (CC chemokine ligand 2 - CCL2) ([xiii]).
Центральную роль в поддержании плюрипотентного
состояния ЭС клеток играют транскрипционные факторы Oct4, Sox2 и NANOG ([xiv], [xv], [xvi], [xvii]).
Особенностью плюрипотентных стволовых
клеток, отличающей их от большинства (исключение составляют лейкоциты)
неплюрипотентных клеток, является особый характер гликозилирования белков их наружней мембраны ([xviii] , [xix]). В частности, наличие на поверхности
мембраны структур сиаловой кислоты α2-6 и фукозы
α1-2 ([xx]).
Это позволяет использовать для выявления и масштабного выделения плюрипотентных
клеток высокоспецифичные лектины ([xxi]).
Очевидно, изменения характера
гликозилирования белков наружней мембраны являются маркерами состояния клетки
каким-то образом связанными с плюрипотенцией и дифференцировкой.
Другими
хорошо исследованными особенностями плюрипотентных стволовых клеток являются: перинуклеарное расположение митохондрий,
низкое содержание АТФ, высокий уровень потребления кислорода ([xxii]) и низкий уровень содержания
митохондриальной ДНК ([xxiii]).
Отклонение от этих особенностей может свидетельствовать о дифференцировке клеток и их старении.
В
настоящее время существует три пути перепрограммирования соматических клеток в плюрипотентные
стволовые клетки ([xxiv]). Это:
А. Вышеописанный
метод пересадки ядер, взятых из соматических клеток в оплодотворенную яйцеклетку из которой предварительно удалено
ядро или, в случае яйцеклетки человека, когда удаление ядра нарушает дальнейшее
деление ооцита, просто в оплодотворенную яйцеклетку с ядром ([xxv]);
Б. Слияние соматических клеток с
эмбриональными плюрипотентными стволовыми клетками и
В. Модификация соматической клетки репрограммирующими
факторами в результате чего она превращается в так называемую индуцированную плюрипотентную стволовую
клетку.
Из
этих методов пока успешно развивается только последний из перечисленных. Рис 2
| 
