Læknablaðið - 01.12.2015, Page 27

LÆKNAblaðið 2015/101 583
að umbreyta sérhæfðri líkamsfrumu beint í fjölhæfa stofnfrumu
(2006).28
Í fósturþroskun eru fyrstu frumurnar í fósturvísi ósérhæfðar
en verða svo sérhæfðari með tímanum. Í kringum 1950 höfðu
þroskunarfræðingar klónað frosk með því að flytja kjarna úr
fósturvísi í kjarnalaust froskaegg (Rana pipiens) og myndaðist
þá fullmynduð halakarta (Somatic Cell Nuclear Transfer, SCNT).29
Þegar þeir reyndu á hinn bóginn að endurtaka svipaða tilraun
með kjarnaflutningi úr sérhæfðri frumu í kjarnalaust froskaegg,
mistókst fósturþroskun í halakörtunni.30 Því var almennt talið
að erfðaupplýsingar í sérhæfðum frumum gangist undir óaftur-
kræfar breytingar sem gera það að verkum að frumurnar hafi
takmarkaða sérhæfingarmöguleika. Þekkt myndlíking sem lýsti
þessari viðteknu hugmynd vel var umframerfðalandslag (epi­
genetic landscape) Waddingtons sem sýndi kúlu uppi á fjallstoppi
sem átti að líkjast ósérhæfðri stofnfrumu sem sérhæfðist meira
og meira því lengra sem hún rúllaði niður fjallið og endaði að
lokum í dalverpi sem sérhæfð fruma.31 Niðurstöður John Gur-
don breyttu þessari viðteknu skoðun manna. Hann notaði aðra
froska tegund (Xenopus laevis) í sínum rannsóknum. Honum tókst
að flytja kjarna úr sérhæfðri líkamsfrumu frosksins (þekjufrumu
meltingarvegarins) í kjarnalaust egg, og sýndi fram á að erfðaupp-
lýsingarnar úr líkamsfrumunni nægðu til að mynda halakörtu,
væru þær í réttu umhverfi. Þetta gerði hann árið 1962.32 Með þess-
um niðurstöðum sýndi hann fram á að erfðaupplýsingar tapast
ekki í sérhæfingarferlinu. Í dag vitum við að erfðaefnið er mistjáð
í hinum mismunandi ósérhæfðu og sérhæfðu frumum. Gurdon
breytti ekki aðeins grundvallarhugmyndum manna um óaftur-
kræfni sérhæfðra frumna heldur innleiddi hann nýtt rannsóknar-
svið og er stundum kallaður guðfaðir klónunar.33 Spurningunni
hvort hægt væri að umbreyta líkamsfrumu einni og sér beint í
fjölhæfa stofnfrumu var þó enn ósvarað. Yamanaka hafði í nokkur
ár verið að skoða hvaða stjórnprótein/umritunarþættir halda ES-
frumum ósérhæfðum og fjölhæfum og uppgötvaði meðal annars
að NANOG-stjórnpróteinið verður að vera tjáð svo að ES-frumur
haldist fjölhæfar.34 Þeir Takahashi og Yamanaka framkvæmdu síð-
an djarfa tilraun þar sem þeir komu mismunandi samsetningum
af stjórngenum fyrir í bandvefsfrumum músa í frumurækt með
hjálp retróveirusýkingar og notuðu valkvætt próf til að rekja þær
frumur sem umbreyttust í fjölhæfar stofnfrumur. Þeim tókst að
þrengja hringinn niður í aðeins fjögur stjórngen: OCT4, SOX 2,
K LF4 og MYC (sem nú eru nefndir Yamanaka-þættirnir) er gátu
endurforritað líkamsfrumurnar í fjölhæfar stofnfrumur (mynd 2).
Frumur þessar höfðu eiginleika sem voru fyllilega sambærilegir
við eiginleika ES-frumna. Þessar frumur fengu nafnið iPS-frumur
(induced Pluripotent Stem cells).28 Ári seinna tókst sama rannsókn-
arhópi að mynda iPS-frumur úr mönnum.35 Á fáum árum hefur
orðið bylting í rannsóknum á iPS-frumum. Ýmsar ólíkar aðferðir
hafa verið prófaðar við að mynda iPS-frumur, bæði hvað varðar
innskeytingaraðferðir á stjórngenunum, svo og frumugerð lík-
amsfrumnanna. Einnig hafa færri stjórnþættir verið prófaðir og
kemur í ljós að sleppa má MYC, enda hefur hann valdið æxlis-
myndunum í músum sem á kímblöðrustigi hafa verið sprautaðar
með iPS-frumum. Þegar retróveirugenaferjum með fjölhæfigen-
unum er skeytt inn í frumurnar innlimast þær tilviljanakennt inn
í genamengið og gætu því stuðlað að æxlismyndun. Þess vegna
hefur verið reynt að komast hjá því að nota retróveirugenaferjur,
til dæmis með veirugenaferjum sem innlimast ekki, með stöðugu
RNA og með próteinum.36,37 Heimtur á fjölhæfum iPS-frumum eru
lágar og því nauðsynlegt að nota valkvætt samrunagen til að velja
úr þær frumur sem hafa endurforritast í iPS-frumur. Ferlið við að
mynda iPS-frumur tekur um 2-3 vikur. En hvað gera Yamanaka-
þættirnir til þess að ýta undir afsérhæfingu (de­differentiation)?
Í stuttu máli virkja þeir gen sem taka þátt í fjölhæfi frumna en
þagga aftur á móti niður í genum sem hafa hlutverki að gegna í
frumusérhæfingu. Áður var greint frá að EMT á sér stað í fóstur-
þroskun og við sérhæfingu hES-frumna. Yamanaka-þættirnir ýta
þar af leiðandi undir endurforritun með öfugu ferli sem nefnist
Mesenchymal­to­Epithelial transition (MET). Sýnt hefur verið að
SOX2/OCT4 halda niðri EMT-stjórnpróteininu SNAIL, KLF4
ýtir undir tjáningu á E-CADHERIN og C-MYC hindrar TGF-b
boðleiðina.38,39 Í framhaldinu eykst tjáning á NANOG, SOX2 og
OCT4 genum frumunnar og þessi aðalstjórnprótein fjölhæfis
valda virkjun á þeim genum sem nauðsynleg eru fjölhæfi, en virkja
einnig svokölluð polycomb group prótein sem þagga niður tjáningu
sérhæfingargena með litnisumbreytingu (chromatin remodelling).40
Nytsemi fjölhæfra stofnfrumna
Frá læknisfræðilegu sjónarhorni gætu iPS-frumur orðið gagnlegar
í lyfjaþróun og til skilnings á sjúkdómsferlum. Einnig væri hægt
að hugsa sér að búa til sérhannaðar fjölhæfar stofnfrumur fyrir
sjúklinga. Þessar frumur leysa nefnilega þann vanda að sjúklingur
hafni ígræddum frumum enda hafa þær sama genamengi og sjúk-
lingurinn sjálfur. Á seinustu árum hafa iPS-frumur verið búnar til
úr afar mörgum sjúklingum og er aðgangur að upplýsingum þar
að lútandi opinn.41
Mynd 2. iPS­frumur eru fjölhæfar stofnfrumur sem eru myndaðar með því að endur­
forrita líkamsfrumur, og þar með afsérhæfa þær. iPS­frumur hafa þann kost fram yfir
stofnfrumur úr fósturvísum (hES­frumur) að þær hafa sama genamengi og líkams­
frumur þess einstaklings sem lífsýni hefur verið tekið úr. Þær eru því mjög gagnleg
uppspretta fyrir læknavísindin. Viðgerð á tilteknu geni sem orsakar sjúkdóm er möguleg
í iPS­frumum sem síðan yrðu sérhæfðar í þá tilteknu frumugerð sem er óstarfhæf í sjúk­
lingi og notaðar í ígræðslu. Einnig má nota iPS­frumur úr sjúklingum til að skilja betur
sameindafræðilega ferla sjúkdómsins. Lyfjaprófanir eru þegar gerðar á iPS­frumum
sjúklinga.
Y F I R L I T S G R E I N