Newswise — W ciągu ostatnich dziesięciu lat naukowcy nauczyli się tworzyć indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) ze zwykłych komórek poprzez przeprogramowanie genetyczne. Komórki te są szeroko stosowane do badania chorób, ponieważ można je różnicować w prawie każdy typ komórek ciała i można je wygenerować z dowolnego osobnika. Jednak kluczowym pozostałym wyzwaniem metodologicznym jest to, że proces różnicowania podlega znacznym zmianom technicznym z większości nieznanych powodów.

HiLIFE Tenure Track Professor Heleny Kilpinen i jej grupa z Uniwersytetu w Helsinkach wykorzystują komórki macierzyste do badania biologicznych mechanizmów chorób neurorozwojowych i innych chorób związanych z mózgiem.

Ich nowe badanie, właśnie opublikowane w czasopiśmie Genomika komórki, mające na celu rzucić światło na przyczyny zmiennych wyników różnicowania iPSC. To wspólne badanie przeprowadzone przez University of Helsinki i University College London pokazuje, że hodowane komórki macierzyste mogą nabywać nowe mutacje genetyczne, które mogą mieć znaczący wpływ na zdolność komórek do różnicowania. Naukowcy zbadali rolę takich mutacji, śledząc różnicowanie bardziej ponad 200 linii iPSC od zdrowych osób do neuronów dopaminergicznych i porównując wynik różnicowania z profilem mutacji. Wykorzystali technologię, która analizuje jedną komórkę na raz, aby śledzić trajektorie różnicowania poszczególnych neuronów.

Naukowcy zaobserwowali, że te linie iPSC ze szkodliwymi mutacjami w genie zwanym BCOR wytwarzały mniej neuronów, szybciej namnażały się w hodowli i wykazywały duże różnice w ekspresji genów. Ten gen jest kluczowym regulatorem podczas normalnego rozwoju embrionalnego.

„Zgodnie z naszą pierwotną hipotezą wyniki pokazały, że mutacje nabyte podczas generowania i późniejszej hodowli linii iPSC mogą mieć duży wpływ na proces różnicowania, całkowicie niezależnie od jakichkolwiek procesów specyficznych dla choroby”, mówi dr Kilpinen.

Zespół odkrył również, że procesy mutacyjne, które upośledzają produkcję neuronów w warunkach laboratoryjnych, mają pewne podobieństwa z procesami zachodzącymi podczas formowania się mózgu.

„Co zaskakujące, mutacje somatyczne znalezione w liniach iPSC wpłynęły na te same geny, które zostały zmutowane podczas wczesnego rozwoju ludzkiego mózgu. Jeśli uda się odzwierciedlić te mutacje, będziemy mieli bardzo szczegółowy obraz czynników genetycznych, które powodują choroby neurorozwojowe”, pierwszy autor badania, Pau Puigdevall który pracuje jako adiunkt w grupie Heleny Kilpinen – mówi.

Naukowcy doszli do wniosku, że ich odkrycia wymagają ostrożności przy interpretacji fenotypów związanych z różnicowaniem przy użyciu modeli iPSC w celu zrozumienia choroby.

„Na podstawie tych danych potrzebna jest dalsza optymalizacja w laboratorium, aby wygenerować dobre modele chorób i ostatecznie wykorzystać je na dużą skalę u pacjentów, szczególnie w przypadku zaburzeń rozwojowych i neuropsychiatrycznych” – podkreśla dr Kilpinen.