Nem minden embrionális őssejt egyforma

Kulcsfontosságú molekuláris különbségeket fedeztek fel amerikai kutatók az Egyesült Államokban engedélyezett őssejtvonalakból kialakítható idegsejtek között. Kiderült: egyáltalán nem mindegy, milyen embrionális őssejtekből állítják elő a később akár betegségek gyógyításában is alkalmazható idegsejteket.

Az embrionális őssejtek még egyetlen fejlődési irányba sem kötelezték el magukat (nem differenciálódtak), ezért elvileg a szervezet bármilyen sejtje kifejlődhet belőlük. A kutatók olyan eljárásokkal kísérleteznek, amelyekkel idegsejteket, szívizomsejteket és más sejttípusokat tudnak előállítani a betegségek vagy sérülések során károsodott sejtek pótlására. Az USA-ban közpénzekből finanszírozott kutatásokhoz az őssejtbiológusok csak kevesebb mint két tucat őssejtvonalat használhatnak, amelyeket még 2001. augusztus 1-je, a szigorú szabályozás érvénybe lépése előtt hoztak létre (részletesen lásd korábbi cikkünkben).

Thomas C. Südhof (Howard Hughes Medical Institute) és Yi E. Sun (University of California) vezetésével a kutatók most arra a következtetésre jutottak, hogy az őssejtek előállítása során alkalmazott különböző kezelések és tenyésztőközegek eltérő hatással lehetnek a humán embrionális őssejtek fejlődési képességére. Úgy tűnik, az őssejtvonalak előállításakor használt módszerek befolyásolják, milyen tulajdonságú differenciált sejtek (idegsejtek) állíthatók elő az őssejtekből. A biológusok eredményüket az Amerikai Tudományos Akadémia hivatalos folyóiratában (PNAS) tették közzé.

A mai napig kevesen tanulmányozták, funkcióképesek-e valójában az őssejtekből előállított idegsejtek. A legtöbb esetben olyan molekuláris markerek (tehát a sejtek felszínén vagy belsejében elhelyezkedő molekulák) jelenlétét vizsgálták, amelyek kifejezetten az idegsejtekre jellemzőek. Ezzel igyekeztek bizonyítani, hogy valóban a kívánt sejttípust állították elő a laboratóriumban. Felmerül azonban a kérdés: az eltérő módszerekkel létrehozott embrionális őssejtek közül melyekből lehet valóban működőképes idegsejteket előállítani?

Eltérő idegsejtek alakultak ki két őssejtvonalból

A kutatók két, eltérő módszerrel készült embrionális őssejtvonalból indultak ki. Idegsejteket hoztak létre belőlük. Olyan körülmények között tenyésztették a sejteket, hogy azok kapcsolatokat is kialakíthattak egymással. Így a sejttenyészetekben is létrejöttek az idegsejtek közötti ingerület átadására alkalmas szinapszisok.

A szinapszisok az idegsejtek közötti információközvetítés "molekuláris szervei". Attól függően, milyen típusú információcsere zajlik a két idegsejt között (gátló vagy serkentő), más-más ingerületközvetítő molekula, ún. neurotranszmitter végzi az üzenet továbbítását. Az idegsejtek funkcionális vizsgálatai során a kutatók megállapították, hogy a két eltérő őssejtvonalból más agyi területekre jellemző idegsejtek alakulnak ki. Tanulmányozták az idegsejtek közötti szinapszisok tulajdonságait, elektrofiziológiai jellemzőit is. Ezek a vizsgálatok szintén igazolták, hogy a különböző őssejtvonalakból származó idegsejtek között más-más funkciójú szinapszisok épülnek ki. A kialakult idegsejtek ingerületátvivő molekulái sem egyformák: úgy találták, az egyik sejtvonalnál a GABA (gamma-amino-vajsav), a másik sejtvonalnál pedig a glutamát nevű molekula az elsődleges neurotranszmitter.

A biológusok megvizsgálták, milyen mikroRNS-eket termelnek a differenciálódott idegsejtek. A mikroRNS-ek a sejtműködés fontos szabályozómolekulái (részletesen lásd korábbi írásunkban). Központi szerepet játszanak az őssejtek differenciálódása során is, amikor egy őssejtből valamilyen specifikus funkciójú sejt (például idegsejt) alakul ki. A kutatók mindkét őssejtvonalnál igazolták, hogy a differenciálódás során az őssejtekre jellemző mikroRNS-mintázat (a sejtben adott pillanatban megtalálható mikroRNS-típusok mennyiségi eloszlása) átalakul az agyi idegsejtekre jellemző mintázattá. Közben néhány ezredére csökken az őssejtekre jellemző mikroRNS-ek mennyisége. Bár mindkét különböző eredetű sejtvonalban idegsejtekre jellemző mikroRNS-mintázat alakul ki, a két mintázat mégsem teljesen azonos.

Mindez arra utal, hogy a különböző laboratóriumi eljárással alapított őssejtvonalak már bizonyos mértékig előre "programozottak" genetikailag.

Előnyök és hátrányok

Az új eredményeknek fontos szerepe lehet a jövőben az őssejtek klinikai alkalmazásában is. Az idegrendszert érintő kóros elváltozások rendkívül sokfélék lehetnek. Például a mozgató idegsejtek károsodásával járó betegségeknél más őssejtvonalat érdemes használni az elpusztult vagy sérült sejtek pótlásához, mint mondjuk a Huntington-kórban károsodott előagyi sejtek előállításakor.

A klinikai célokra használható őssejtvonalak eltérő differenciálódási képessége egyszerre jelent előnyt és hátrányt a kutatásokban. Miután pontosan ismerjük, milyen tulajdonságú idegsejtek alakíthatók ki az egyes őssejtekből, nem kell mást tennünk, mint kiválasztanunk azt az őssejtvonalat, amely a kívánt idegsejtté differenciálódik. Néhány idegsejttípust így viszonylag egyszerű előállítani. Ám a bizonyos mértékig elkötelezett, genetikailag előre "programozott" őssejteket már nehéz rávenni más típusú idegsejtek létrehozására.

Sun és kutatócsoportja egy új módszert is kidolgozott, amellyel emberi idegrendszeri elváltozások vizsgálatához használható idegsejteket lehet előállítani. A többlépéses eljárás lehetővé teszi, hogy az őssejtek genetikai módosításával kizárólag emberi idegsejtekből álló sejtkultúrákat hozzanak létre. A kutatók e viszonylag "tiszta" idegsejtpopuláción vizsgálhatják az ún. neurodegeneratív elváltozások molekuláris háttereit. A korábbi módszerekkel előállított emberi idegsejttenyészetek a sokféle sejttípus jelenléte miatt nem voltak alkalmasak hasonló vizsgálatokra. Eddig főként állati eredetű (például egérből, patkányból származó) sejteket használtak erre a célra. Az állatok idegrendszere és idegsejtjei viszont sok tekintetben eltérnek az emberétől, és gyakran az is előfordul, hogy az állatoknál bevált terápiák teljesen hatástalanok az ember számára.

A kutatók szerint eredményüknek köszönhetően tovább erősödik az igény a kutatási és terápiás célokra is felhasználható új humán embrionális őssejtvonalak előállítására. Hiába ismerik ugyanis az egyes őssejtvonalakból származó idegsejtek különbségeit, nem tudják, mi okozza a eltéréseket. Csak további őssejtvonalak tanulmányozásával érthetnék meg teljesen a háttérben húzódó mechanizmusokat. Ha sikerülne magyarázatot adni az eltérésekre, a következő őssejtvonalak előállításakor a biológusok már ezen új szempontokat is figyelembe vehetnék. Az őssejtek pontosabb jellemezésével klinikai alkalmazásuk is kiszámíthatóbbá válna.

(Az eredeti közelmény: Hao Wu, Jun Xu, Zhiping P. Pang, Weihong Ge, Kevin J. Kim, Bruno Blanchi, Caifu Chen, Thomas C. Südhof, Yi E. Sun (2007) Integrative genomic and functional analyses reveal neuronal subtype differentiation bias in human embryonic stem cell lines, PNAS August 21, 2007 vol. 104 no. 34. 13821-13826)