Jak opublikowano w czasopiśmie Nature Communications, międzynarodowy zespół badaczy osiągnął bezprecedensowy kamień milowy: stworzenie mysich komórek macierzystych zdolnych do wytworzenia w pełni rozwiniętej myszy przy użyciu narzędzi genetycznych z organizmu jednokomórkowego, z którym mamy wspólnego przodka starszego niż zwierzęta. Ten przełom zmienia nasze rozumienie genetycznego pochodzenia komórek macierzystych, oferując nowe spojrzenie na ewolucyjne powiązania między zwierzętami a ich starożytnymi jednokomórkowymi krewnymi.
W eksperymencie, który brzmi jak science fiction, dr Alex de Mendoza z Queen Mary University of London współpracował z naukowcami z Uniwersytetu w Hongkongu, aby wykorzystać gen występujący w choanoflagellates, jednokomórkowym organizmie spokrewnionym ze zwierzętami, do stworzenia komórek macierzystych, które następnie dały początek żywej, oddychającej myszy. Choanoflagellates to najbliżsi żyjący krewni zwierząt, a ich genomy zawierają wersje genów Sox i POU, znanych z napędzania pluripotencji – potencjału komórkowego do przekształcenia się w dowolny typ komórek – w komórkach macierzystych ssaków. To nieoczekiwane odkrycie podważa wieloletnie przekonanie, iż geny te wyewoluowały wyłącznie u zwierząt.
„Pomyślnie tworząc mysz przy użyciu narzędzi molekularnych pochodzących od naszych jednokomórkowych krewnych, jesteśmy świadkami niezwykłej ciągłości funkcji na przestrzeni prawie miliarda lat ewolucji” – stwierdził dr de Mendoza. „Badanie sugeruje, iż najważniejsze geny zaangażowane w tworzenie komórek macierzystych mogły powstać znacznie wcześniej niż same komórki macierzyste, być może pomagając utorować drogę życiu wielokomórkowemu, które widzimy dzisiaj”.
Nagroda Nobla w 2012 r. dla Shinyi Yamanaki pokazała, iż możliwe jest uzyskanie komórek macierzystych z „zróżnicowanych” komórek po prostu poprzez ekspresję czterech czynników, w tym genu Sox (Sox2) i POU (Oct4). W ramach tych nowych badań, poprzez zestaw eksperymentów przeprowadzonych we współpracy z laboratorium dr Ralfa Jaucha na Uniwersytecie w Hongkongu / Centrum Translacyjnej Biologii Komórek Macierzystych, zespół wprowadził geny Sox choanoflagellate do komórek myszy, zastępując natywny gen Sox2, osiągając przeprogramowanie w kierunku stan pluripotencjalnych komórek macierzystych. Aby potwierdzić skuteczność tych przeprogramowanych komórek, wstrzyknięto je do rozwijającego się zarodka myszy. Powstała chimeryczna mysz wykazywała cechy fizyczne zarówno zarodka dawcy, jak i komórek macierzystych wyhodowanych w laboratorium, takie jak czarne łaty na futrze i ciemne oczy, co potwierdza, iż te starożytne geny odegrały kluczową rolę w dostosowaniu komórek macierzystych do rozwoju zwierzęcia.
Badanie śledzi, jak wczesne wersje białek Sox i POU, które wiążą DNA i regulują inne geny, były wykorzystywane przez jednokomórkowych przodków do wykonywania funkcji, które później stały się integralną częścią tworzenia komórek macierzystych i rozwoju zwierząt. „Choanoflagellates nie mają komórek macierzystych, są organizmami jednokomórkowymi, ale mają te geny, które prawdopodobnie kontrolują podstawowe procesy komórkowe, które zwierzęta wielokomórkowe prawdopodobnie później wykorzystały do budowy złożonych ciał” – wyjaśnia dr de Mendoza.
To nowatorskie spostrzeżenie podkreśla ewolucyjną wszechstronność narzędzi genetycznych i daje wgląd w to, jak wczesne formy życia mogły wykorzystywać podobne mechanizmy do napędzania specjalizacji komórkowej na długo przed powstaniem prawdziwych organizmów wielokomórkowych, a także na znaczenie recyklingu w ewolucji.
Odkrycie to ma implikacje wykraczające poza biologię ewolucyjną i potencjalnie może przyczynić się do nowych postępów w medycynie regeneracyjnej. Pogłębiając naszą wiedzę na temat ewolucji maszynerii komórek macierzystych, naukowcy mogą zidentyfikować nowe sposoby optymalizacji terapii komórkami macierzystymi i udoskonalenia technik przeprogramowania komórek w celu leczenia chorób lub naprawy uszkodzonych tkanek.
„Badanie starożytnych korzeni tych narzędzi genetycznych pozwala nam wprowadzać innowacje i uzyskać jaśniejszy obraz tego, jak można ulepszyć lub zoptymalizować mechanizmy pluripotencji” – stwierdził dr Jauch, zauważając, iż postęp może wyniknąć z eksperymentów z syntetycznymi wersjami tych genów, które mogą działać choćby lepiej niż rodzime geny zwierzęce w określonych kontekstach.
