Megfejtették az embrionális őssejtek titkát

Régóta ismert, hogy az egyedfejlődés során csupán néhány sejt - az ember esetében nyolc -, az úgynevezett embrionális őssejtek hozzák létre a teljes élőlényt, annak szerveit, szöveteit. Ezek az őssejtek totipotensek, azaz valamennyi szöveti sejttípussá képesek átalakulni. Azt azonban, hogy milyen folyamatok húzódnak meg e különleges tulajdonság hátterében, csak most sikerült a kutatóknak tisztázniuk.

A jeruzsálemi Héber Egyetem genetika tanszékének kutatói - együttműködve az amerikai Nemzeti Egészségügyi Intézet, a torontói gyermekkórház és egy kaliforniai biotechnológiai cég szakembereivel - kimutatták, hogy a totipotens őssejtek genetikai állományának legnagyobb része aktív állapotban van. Ez azt jelenti, hogy génjeik nagy része folyamatosan működik. A működő egységek között - amelyek a DNS-állományban mindenfelé, szétszórtan helyezkedtek el - megfigyeltek az adott szövetekre jellemző géneket, de géneket nem kódoló, ismétlődéseket tartalmazó DNS-szakaszokat is (ez utóbbiak normálisan általában inaktívak).

Dr. Eran Meshorer kutatócsoportja azt találta továbbá, hogy amikor egy ilyen totipotens őssejt átalakul valamilyen szöveti sejtté, átmegy egy globális, a teljes genetikai készletére kiterjedő gátláson, idegen szóval génrepresszión: aktív állapotban lévő génjeinek nagy hányada inaktívvá, gátolttá válik. Tehát az embrionális őssejtek génállományukat mindaddig aktivált, "készenléti" állapotban tartják, amíg meg nem kapják a megfelelő jelet az átalakulásra. A génműködés gátlásával a totipotens tulajdonság megszűnik.

A jelenséget úgynevezett DNS-chipek segítségével fedezték fel. A DNS-chipek készítésekor adott hosszúságú örökítőanyag-darabokat visznek fel általában üvegfelületre. Ezeknek a DNS-darabkáknak a bázissorrendje és a chip felszínén lévő pozíciója ismert, és a darabkák valamilyen fluoreszcens jelöléssel vannak ellátva. Több száz ilyen chip felhasználásával a tudósoknak sikerült lefedniük az egér teljes genetikai állományát. Ezután egerekből származó totipotens embrionális őssejtekből genetikai mintát vettek, s azt felvitték a chipekre. Az aktív állapotban lévő génszakaszokat megfelelő fluoreszcens jel kialakulása jelezte (részletesebben lásd a cikk második felében).

Embrionális őssejtek a gyógyításban: még várni kell

A nyugati orvostudományban egyelőre igen óvatos az őssejtek klinikai alkalmazása. Már többféle, de mindig felnőtt szervezetből származó őssejtet próbáltak ki, ám átütő sikereket még egyikkel sem sikerült elérni. A kutatók az embrionális őssejteket tartják a leghasználhatóbb típusnak, ugyanis az összes sejtféleség létrehozására képesek, és ezt nagy hatékonysággal teszik. Az embrionális őssejtek használhatósága állatkísérletekben már bizonyosságot nyert, emberben való alkalmazásukra ugyanakkor még nem került sor, mivel a módszer veszélyessége még nem eléggé ismert. Épp a nagy osztódási kapacitás miatt az embrionális őssejtek a differenciálódást irányító molekulák hiányában tumorokat hozhatnak létre, ami a terápiás próbálkozás sikertelenségéhez és a beteg életének veszélyeztetéséhez vezethet.

A kutatóknak így sikerült azonosítaniuk, mely gének aktívak, s mikor következik be a gének gátlása, vagyis az embrionális őssejtek átalakulása. A tudósok eredményeikről a Stem Cell című tudományos folyóiratban, Global Transcription in Pluripotent Embryonic Stem Cells címmel számoltak be.

Mélyebben: a génműködés vizsgálata

A genetikai örökítőanyag, azaz a DNS-molekula szerves bázisokból, és az azokat összekötő cukorfoszfát láncból felépülő kettős spirál, tudományos nevén dezoxiribonukleinsav. Működését tekintve több egységre bontható. Egyes szakaszai fehérjéket kódolnak, ám jelentős részét úgynevezett nem kódoló szekvenciák adják. Ezek lehetnek a gének működésének szabályozó elemei, tartalmazhatnak ismétlődéseket, de lehetnek számukban, hosszukban vagy épp bázissorendjükben sokféleséggel jellemezhető szakaszok is. A nem kódoló szakaszok legnagyobb része általában gátolt, represszált, vagyis nem működik. A nem működő szakaszoknál a DNS kettős spirál szorosan feltekeredett (kondenzált) állapotban van.

Amikor egy gén működik, azt mondjuk, aktív állapotban van, idegen szóval expresszált. Ezeken a részeken a DNS szerkezete fellazul. Ilyenkor hírvivő RNS (mRNS) molekula íródik át az adott génről, megfelelő molekuláris mechanizmusokon át. Az mRNS a DNS molekula egyik száláról keletkezik, azaz az eredeti szekvencia (bázissorend) kiegészítője, komplementere lesz. A hírvivő RNS alapján készül majd el a kódolt fehérje.

Génaktivációs vizsgálat: a DNS-chipen mutatkozó fluoreszcens jel megadja, hogy a vizsgált rendszerben mely gének aktívak (azaz mely gének hírvivő RNS-eiről készült cDNS átirat)

Az aktív génszakaszokat tehát ki lehet mutatni például mRNS molekulák sejtből történő izolálásán, szekvenciájának azonosításán keresztül. Ennek során az mRNS mintájára egy különleges enzim segítségével (reverz-transzkriptáz) úgynevezett kópia DNS-t (cDNS) hoznak létre, amelynek bázissorrendje tehát megegyezik az eredeti DNS száléval. Ezt a kópia DNS mintát viszik fel a cikkben vázolt módon készülő DNS-chipekre. A DNS-chipeken lévő örökítőanyag-darabok szintén egyszálúak. A megfelelő kiegészítő, komplementer szakaszok párosodnak egymással, kettős spirált alkotnak, amelyet fluoreszcens jel kialakulása mutat.

A kép bal oldalán, kék színű festékkel jelölve egy totipotens őssejt aktívan működő génjei láthatók, míg a jobb oldalon pirossal a normálisan inaktív ismétlődő DNS-szakaszokat jelölték. Látható, milyen nagy hányadát teszik ki ezek az ismétlődő elemek az embrionális őssejtek aktív génállományának