Nieaktywacja chromosomu X, problem dla komórek macierzystych

Zła regulacja w nieaktywacji chromosomu X, procesu naturalnego w rozwoju komórkowym, może powodować pojawienie się raka. Kontrola tego etapu przez naukowców mogłaby być pierwszym krokiem w kierunku bezpiecznego zastosowania komórek macierzystych w celach terapeutycznych, ale wydaje się, że problem może być bardziej kompleksowy, niż naukowcy na początku przewidywali.

Podczas gdy w komórkach męskich znajduje się tylko jeden chromosom X, u kobiet tych chromosomów jest 2. Więc u kobiet jeden musi zostać zdeaktywowany, co pozwala uniknąć nadekspresji genów. Obydwa te chromosomy X są różne, a więc wybór tego, który ma być nieaktywny, nie jest bez znaczenia. Najbardziej plastycznym przykładem jest przypadek kota nazywany kotem trikolor, czyli kot u umaszczeniu trójkolorowym: różna ekspresja chromosomów X w zależności od komórek prowadzi do pojawienia się trzech różnych kolorów sierści u kota. W innych, znacznie poważniejszych przypadkach, dysfunkcja tego procesu prowadzi czasami do rozwoju raka.

Kwestia ta interesuje również badaczy pracujących nad produkcją komórek macierzystych, które mają zastosowanie terapeutyczne, komórek niezróżnicowanych, ale takich, które będą następnie ewoluować, tak jak to się dzieje naturalnie w embrionie. Nieaktywacja chromosomu X powinna być więc precyzyjnie sterowana, ze względów na bezpieczeństwo pacjentów.

Wiemy, że nieaktywacja chromosomu X zachodzi w trakcie rozwoju embrionalnego, ale pozostaje jeszcze kilka pytań, które należy jak najszybciej wyjaśnić: na przykład, dokładny moment, kiedy zachodzi nieaktywacja chromosomu X, albo też, który z dwóch możliwych chromosomów X zostanie wybrany. Podczas gdy mechanizm tej nieaktywacji jest dość dobrze poznany u myszy, u człowieka wydaje się o wiele bardziej kompleksowy i problematyczny.

Prace opublikowane w dzienniku Plos One pokazują, że jest to jeszcze bardziej skomplikowane, niż się naukowcom, jeszcze przed przystąpieniem do badań, wydawało. Ludzkie komórki macierzyste embrionalne (ESC, ang. Embryonic Stem Cell), wywodzone są z blastocyst, czyli z embrionów mających od 6 do 7 dni. Blastocysty są złożone z około setki komórek. Najbardziej wewnętrzne komórki pobrane z blastocyst można hodować na drodze in vitro i mogą one służyć jako model w badaniach nad nieaktywacją choromosomu X, zachodzącą podczas embriogenezy.

Wcześniejsze badania pokazały już trzy możliwe stany komórek, w zależności od ich zróżnicowania: jedno stadium - komórki, w których nieaktywacja chromosomu X jest permanentna, drugie stadium - komórki, w których nieaktywacja ma miejsce jedynie po zróżnicowaniu komórkowym, trzecie stadium - komórki, w których nieaktywacja chromosomu X nigdy nie następuje, nawet po zróżnicowaniu komórkowym. Zazwyczaj kultury komórkowe pochodzące z embrionów są przetwarzane od 20 do 100 razy w laboratorium, co może modyfikować profil i ekspresję genów, a podejrzewano nawet, że to właśnie ten fakt mógł prowadzić do heterogeniczności etapów komórkowych.

Badacze z UCLA Broad Stem Cell Research Center popracowali nad 10 różnymi kulturami komórkowymi ludzkich macierzystych komórek embrionalnych, próbując zminimalizować wpływy hodowli in vitro, przypadkowo limitując liczbę przetwarzania a komórek.

Wiadomo, że nieaktywacja chromosomu X zachodzi dzięki ekspresji genu nazwanego genem XIST. Tak więc mierząc precyzyjnie ekpresję tego genu, naukowcy mają możliwość dowiedzieć się, czy jeden z dwóch chromosomów X w komórce jest nieaktywny czy też nie. Dzięki tej technice naukowcom udało się wykazać właśnie, że wariacje w nieaktywowaniu chromosomu X zdarzają się znacznie wcześniej, niż im to się wydawało, nawet wtedy, kiedy komórki są przetwarzane jedynie od 5 do 10 razy.

We wszystkich 10 testowanych kulturach komórkowych, badacze zaobserwowali 3 możliwe etapy komórkowe. Jeśli można wyjaśnić to faktem, że te kilka pasaży wystarczy do tego, żeby wywołać jakąś heterogeniczność, nie można wykluczyć hipotezy, że swego rodzaju heterogeniczność jest obecna już w komórkach blastocysty, stwierdzają naukowcy. Te rezultaty wskazują, że kontrola etapu nieaktywacji chromosomu X homogenicznego jest jeszcze niemożliwa.

Jednakże naukowcy nie tracą motywacji z tego powodu, a wręcz na odwrót, krok za krokiem, posuwają się nieustannie naprzód. Jednakże, mimo, że komórki macierzyste są bardzo oczekiwane i przynoszą mnóstwo nadziei ludziom chorym, lepiej na razie zachować być rozsądnym i zachować ostrożny optymizm.