Læknablaðið - 01.10.2015, Blaðsíða 22

462 LÆKNAblaðið 2015/101
Y F I R L I T S G R E I N
verið breytt í taugafrumur með því að snúa þeim fyrst yfir í iPS-
frumur og þroska þær svo stig af stigi yfir í taugafrumur með það
að markmiði að rannsaka frumulíffræði Alzheimer-sjúkdómsins.8
Einnig hafa á svipaðan hátt verið gerðar iPS-frumur einstaklinga
með Parkinsons- og Huntingtons-veiki9, og svo mætti lengi telja.
Nýting á frumuræktarkerfi fyrir kímfrumur yrði einkum
tvíþætt. Annars vegar yrði mögulegt að rannsaka sameinda- og
frumulíffræðilegar forsendur kímfrumuþroska og hvernig þær
færu úrskeiðis með því að nýta til þess iPS-frumur úr einstakling-
um með erfðagalla sem valda ófrjósemi. Hins vegar yrði mögulega
unnt að nýmynda kynfrumur til glasafrjóvgunar út frá líkams-
frumum einstaklinga með því að snúa þroska þeirra fyrst við með
iPS-tækninni, og mynda svo fullþroskaðar kynfrumur. Þá mætti
mögulega græða kím-stofnfrumur (germ-line stem cells) í einstak-
linga, til dæmis eftir lyfjameðferðir sem valda tapi á kynfrumum
(gonadotoxic treatments). Í dag er þetta enn fjarlægur möguleiki,
sem þó þokast nær með nýjustu uppgötvunum.2
Nýlegar niðurstöður sem sýndu að hægt væri að sérhæfa mark-
visst kímfrumur manna í rækt hafa því vakið vonir um að unnt
verði á næstu árum að fylgja þessum niðurstöðum eftir og ná fram
fullum þroska frumanna í rækt, frá sérhæfingu og endurstillingu
umframerfðamarka (epigenetic marks) til framköllunar meiósu.
Forsendur þessara nýju uppgötvana á ákvörðun mannakímfruma
byggja fyrst og fremst á þekkingu okkar á frumkímfrumumynd-
un músa og samanburði við eðli stofnfuma úr fósturvísum manna
og músa.10 Í þessari yfirlitsgrein verður leitast við að varpa ljósi á
þekkingu okkar á ákvörðun og sérhæfingu frumkímfruma manna
með nýjustu uppgötvanir að leiðarljósi en mikilvægt er að styðjast
við þekkingu okkar á frumkímfrumum annarra spendýra, eink-
um músa og kanína.
Sérhæfing og þroski frumkímfruma.
Kímblaðra fósturvísa tekur sér bólfestu í legþekju á annarri viku
fósturþroska manna og myndun utanfóstursvefja hefst áður en
holfóstursmyndun er hafin. Á þriðju viku fósturþroska myndast
tvílaga diskur fósturvísisins þar sem kímþekjan (epiblast), sem
samanstendur af fjölhæfum frumum sem munu gefa af sér öll
kímlög fóstursins ásamt kímlínunni, liggur á milli fruminnlags
(hypoblast) og líknarbelgs (mynd 1). Við upphaf fjórðu viku má
finna fyrstu greinanlegu kímfrumur fósturvísisins í frumuþeli
blómabelgs (yolk sac) við upphafstað frumrákarinnar (primitive
streak), þar sem unnt er að aðgreina þær frá öðrum frumum með
virkni Alkaline fosfatasa.11
Frumkímfrumur eru því ákvarðaðar mjög snemma í fóstur-
þroskanum, rétt fyrir holfóstursmyndun, samhliða fyrstu líkams-
Mynd 1. Myndin sýnir fóstur á stigi hneppifósturs
með alhæfum frumum sem síðan sérhæfast yfir í kím-
blöðru með innri frumumassa í grunnástandfjölhæfi,
fruminnlag (hypoblast) og næringarhýði (trophoblast).
Eftir bólfestu er kímþekjan í kímlagsvöktu fjölhæfis-
ástandi og frumkímfrumur sérhæfast út frá henni eftir
BMP-boðefnavakningu. Spurningarmerkið gefur til
kynna að ekki er vitað hvaða frumur seyta BMP-þátt-
unum. Á 5. til 7. viku taka frumkímfrumur bólfestu í
kynkömbum og kynákvörðun ásamt frekari kímfrumu-
þroska hefst. Fram að kynákvörðun hafa frumkímfrumur
undirliggjandi fjölhæfi þar sem þær geta myndað hEG
(human embryonic germ cells) í rækt.
Stofnfrumur úr fósturvísum manna eru ræktaðar út
frá kímblöðru fyrir bólfestu. Þær verða kímlagsvaktar
fósturvísastofnfrumur ef þær eru ræktaðar í FGF og
Activin A, en ef þær eru ræktaðar í 4i (4 inhibitors) æti
öðlast þær eiginleika grunnástandsfjölhæfis. Einnig er
hægt að taka líkamsfrumur fullburða einstaklinga og
rækta úr þeim fjölhæfar iPS-frumur (induced pluripo-
tent stem cells) með því meðal annars að þvinga fram
tjáningu fjölhæfisumritunarþáttar í þeim. iPS-frumur
er svo hægt að rækta annaðhvort í 4i eða FGF og Activin
A til þess að þær öðlist annað hvort grunnástands- eða
kímlagsvakið fjölhæfi.
Ef hES eða iPS frumur í 4i æti (sem eru þá grunn-
ástandsfjölhæfar) eru meðhöndlaðar með FGF og
Activin A í nokkra daga verða þær að kímþekjulíkum
stofnfrumum (EpiLC) sem öðlast hæfi til þess að
sérhæfast í frumkímfrumur. Kímþekjulíku stofnfrum-
urnar eru þá ræktaðar í BMP2 eða BMP4 ásamt fleiri
vaxtarþáttum sem hjálpa til við fjölgun og lifun frum-
anna og sérhæfast þær þá í frumkímfrumur. Ef tjáning á
umritunarþættinum Sox17 er þvinguð fram í kímþekju-
líkum stofnfrumum, sérhæfast þær í frumkímfrumur án
þess að þurfa til þess BMP-boðefni.
Mynd: Erna Magnúsdóttir.