Курсовая работа (т): Открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности

Модель 1. Опыты Т. Х. Моргана

При скрещивании красноглазых самок и белоглазыми самцами все гибридные особи в первом поколении были с красными глазами. Таким образом, красные глаза являлись доминантным признаком, а наблюдаемая картина соответствовала менделеевским закономерностям. При скрещивании гибридов первого поколения между собой ¾ потомства имело красные глаза, а ¼ - белые. На первый взгляд, это также подтверждало результаты, полученные Менделем. Однако во втором поколении гибридов все самки были красноглазыми, тогда как среди самцов половина имело красные глаза, а половина - белые. И это уже не совпадало с закономерностями наследования признака, установленными Менделем. При скрещивании между собой гибридных мух из второго поколения оказалось, что все самцы разводились в чистоте, то есть красноглазые были носителями только гена красноглазости, а белоглазые - только гена белоглазости. Красноглазые самки разделились на две группы. Одни из них давали исключительно красноглазое потомство, тогда как в потомстве других у половины самцов были красные глаза, а у половины - белые.

3. Методы исследования ИПСТ

.1 Перепрограммирование соматических клеток

Стержневой метод перепрограммирования (см.рисунок 6.) для получения iPS-клеток - использование вирусных векторов. В генетический аппарат клетки включается чужеродная ДНК вируса или бактериофага и синтезирует "свой" белок с помощью её обменных механизмов [3].

Рис.6. Схема перепрограммирования соматических клеток[3].

.2 Подтверждение принципа использования ИПСК

Используемые системы вирусной трансфекции встраивают гены в случайном месте в геном клетки хозяина. Это является задачей, которую необходимо решить для клинического применения ИПСК, так как полученные клетки могут оказаться подверженными раковым заболеваниям. Поэтому члены обоих исследовательских групп считают необходимым найти другой способ введения генов в клетку [3].

Рис.7. Подтверждение принципа использования ИПСК[3].

.3 Перепрограммирование полностью дифференцированных В-клеток в ИПСК

Без использования яйцеклеток полностью дифференцированные В-клетки могут быть перепрограммированы в состояние, близкое к эмбриональным стволовым клеткам (ЭСК) [4].

В-клетки - клетки иммунной системы, связывающиеся со специфическими антигенами, такими как белки вирусов, бактерий или микроорганизмов. В геноме В-клеток в отличие от фибробластов имеются специфические участки ДНК, которые при терминальной дифференцировке вырезаются[10].

Чтобы ускорить репрограммирование зрелых В-клеток, необходим еще один фактор CCAAT/enhancer-binding-protein-a(C/EBPa).Полученные из зрелых и незрелых В-клеток ИПСК, также как и репрограммированные фибробласты, могут быть использованы для создания мышей. В геноме мышей, полученных из репрограммированных зрелых В-клеток, отсутствуют те же фрагменты ДНК, что и в геноме зрелых В-лимфоцитов(Рис.8). Этот факт доказывает, что исследователям удалось успешно репрограммировать терминально дифференцированные клетки[3].

По мнению исследователей, подобная методика в будущем позволит переносить сложные генетические заболевания человека в чашки Петри для последующего изучения и поиска терапии. Все это позволит человеку еще ближе подойти к решению глобальной проблемы старения[12].

Рис.8.Схема перепрограммирования полностью дифференцированных В-клеток в iPS-клетки[4].

.4 Перепрограммирование клеток печени и желудка мышей

Группа Яманаки перепрограммировала мышиные клетки печени (см.рисунок 9) и эпителиальные клетки желудка. Развитие опухоли, содержащей все типы клеток эмбриональных листков, и экспрессия генов, ассоциированных со стволовыми клетками, доказывает, что получены новые виды индуцированных плюрипотентных клеток. Обратная полимеразная цепная реакция показала, что ИПСК печени и желудка переносят, сравнимые с эмбриональными стволовыми клетками количества эндогенных Oct3/4 и Sox2[4].

Японские ученые использовали тот же набор генов (Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc), однако, когда c-Myc был исключен, эффективность индуцирования понизилась совсем не так сильно, как в случае фибробластов. Данным методом было показано, что место встраивания в ДНК генов, которые несут ретровирусные векторы, не имеет принципиального значения[4].

Через 2 месяца после имплантации, ученые обнаружили рост уровня человеческих печеночных белков у мышей, что свидетельствовало об активном росте пересаженных клеток. А 9 месяцев спустя рост клеток продолжался, и не было никаких признаков его замедления. Таким образом, ученые уверены, что им удалось обнаружить факторы, позволяющие проводить успешную регенерацию поврежденной или даже недееспособной печени[10]. Получение iPS-клеток огромным шагом вперед в получении ИПСК, так как количество случаев возникновения опухолей у мышей, которым вводились эти клетки, заметно уменьшилось. Все это говорит о том, что со временем будут получены пациент-специфичные iPS-клетки. Данные клетки будут использоваться в терапевтических целях для восстановления поврежденных тканей, и они не будут вызывать рак у пациента. Все это приблизит человека еще на несколько шагов кпобеде над старением [4].

Рис.9. Клетки печени мыши[4].

.5 Подходы к репрограммированию дифференцированных клеток к плюрипотентному состоянию

Существует множество подходов к репрограммированию дифференцированных клеток в плюрипотентное состояние. Данные методы описаны в таблице с учетом их результатов и недостатков (Таблица 1).

Таблица 1.Репрограммирование дифференцированных клеток.

. Метод переноса ядра соматической клетки в ооцит

Перепрограммирование клетки впервые было осуществлено с помощью переноса ядра. Таким методом была получена зигота , из которой развилась известная овечка Долли. Ядро зрелой клетки пересадили в неоплодотворенный ооцит (яйцеклетку). Благодаря этому методу стало широко развиваться клонирование. Во всех лабораториях, изучающих стволовые клетки, используется метод переноса ядра[4].

Рисунок 8. Схема метода переноса ядра[12] .

Методика получения ИПСТ

.Первоначально осуществляют забор требующихся клеток у пациента.

. В ооцит помещают ядро из клетки пациента, из которого заранее удалили ядро.

. Полученная гибридная клетка развивается до стадии бластоцисты.

. Затем бластоциста культивируется.

. Полученные эмбриональные клетки размножаются.

.После направленной дифференцировки исследуемые (или необходимые для терапевтического использования) клеточные ростки изолируются.

.После они вводятся пациенту, у которого исходно брали клетки.

Полученные клетки генетически идентичны клеткам донора. Таким образом, возможно выращивание необходимых тканей и органов. В этой области ведутся интенсивные разработки. Перспективность этой технологии очень высока. На данный момент осуществляются разработки по выращиванию искусственных органов, которые можно будет пересаживать человеку. Это реальный путь к продлению жизни и лечению тяжелых заболеваний [10].

Заключение

Открытие того, что можно вернуть в плюрипотентное состояние зрелые дифференцированные клетки стало поворотным в биологии развития, эмбриологии и всей молекулярной биологии.

Синъе Яманаки сумел обернуть развитие назад настолько, что обычная соматическая клетка стала аналогична клетке внутренней массы бластоцисты, ранней стадии развития зародыша. Это дает право надеяться на то, что можно заставить клетку перейти из одного дифференцированного состояния в другое, не принимая во внимание плюрипотентность.

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки имеют ряд незаменимых преимуществ по сравнению с эмбриональными стволовыми клетками для использования в клеточной терапии.

Терапевтический потенциал ИПСК был продемонстрирован в лечении серповидно-клеточной анемии у мышей. В ходе эксперимента были получены ИПСК, в которых заменили дефектный ген гемоглобина на нормальный. Данные трансплантаты прижились и стали дифференцироваться в здоровые эритроциты с нормальным гемоглобином.

Таким образом, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут найти применение в лечении заболеваний человека. На данный момент речь об их использовании пока не идет. Для того, чтобы внедрить данный метод в медицину необходимо усовершенствовать методы получения ИПСК и добиться безопасной трансплантации клеток в организм.

В настоящий момент ИПСК являются одной из самых перспективных моделей для фундаментальных исследований процессов раннего эмбрионального развития, механизмов дифференцировки, проявления плюрипотентности и репрограммирования.

Выводы

.На основе экспериментов можно ускорить процесс получения стволовых клеток путем погружения их в кислоту.

.Стволовые клетки можно репрограммировать в любую ткань.

.Благодаря этой новейшей обработке можно усовершенствовать технологию и сделать ее более быстрой, дешевой и безопасной.

.Данное открытие в будущем поможет предпринять методы борьбы с раком, а также с генетическими заболеваниями.

Список литературы

.        Л.Аксенова. Успехи регенеративной биологии.//Наука и жизнь,№12, 2012,С.32-37

.        А.И.Шевченко, С.П.Медведев, Н.А.Мазурок, С.М.Закиян. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки// Генетика, 2009, том 45,№2, С.160-168

.        Журнал Биомолекула [Электронный ресурс]: http://biomolecula.ru

.        Журнал Микокомпас [Электронный ресурс]: http://moikompas.ru

.        Журнал Люди и Медицина [Электронный ресурс]: http://www.peoples.ru

.        Нобелевские лауреаты [Электронный ресурс]: http://www.nobelprize.org

.        Нобелевские лауреаты [Электронный ресурс]:http://www.nobeliatorg.ru

.        Журнал Nature [Электронный ресурс]:http://www.nature.com

.        Журнал Sceins [Электронный ресурс]: http://www.sciencedirect.com

11.    Gurdon J.B. (1962). The developmental capacity of nuclei taken from intestinal epithelium cells of feeding tadpoles.J. Embryol. Exp. Morphol. 10, 622-640

.        Onder T.T., Daley G.Q. (2012). New lessons learned from disease modeling with induced pluripotent stem cells. Curr.Opin.Genet. Dev. doi: 10.1016/j.gde.2012.05.005