Выживаемость бета-клеток in vitro повысили с помощью генетических манипуляций

Пациенты с сахарным диабетом 1 типа должны постоянно получать инсулин извне: их островковые клетки поджелудочной железы (бета-клетки) разрушаются из-за аутоиммунных процессов и не вырабатывают гормон в нужном количестве. Трансплантация островковых клеток — донорских или полученных in vitro из эмбриональных стволовых клеток (stem-cell-derived islets, SC-islets) — может избавить таких больных от необходимости в ежедневных инъекциях инсулина.

Основная проблема подхода состоит в том, что трансплантированные клетки могут не прижиться. Чужеродная среда или реакция иммунной системы вызывают стресс, который приводит к апоптозу. Клетки погибают, и терапия оказывается бесполезной. Лучших результатов можно добиться, если одновременно с трансплантацией бета-клеток индуцировать селективную иммунную толерантность к антигенам этих клеток.

Увеличить выживаемость трансплантированных бета-клеток можно и с помощью генетических манипуляций. Ученые из США показали, что индуцирование стресса и введение цитокинов вызывает апоптоз SC-islets, клеточную дисфункцию и повышенную экспрессию генов, связанных со стрессом и иммунным взаимодействием. Манипуляции с некоторыми из этих генов защитили клетки от стресса и апоптоза in vitro.

Ученые сравнили реакцию на стресс донорских островковых клеток и SC-islets. Клетки обработали цитомиксом (интерлейкин 1β, интерферон γ и фактор некроза опухоли α), тапсигаргином (TG, ингибитор Ca2+-АТРазы мембраны эндоплазматического ретикулума) и глюкозой высокой концентрации. В обеих группах клеток увеличился уровень апоптоза, но процент апоптотических SC-islets был ниже.

После того, как на клетки воздействовали стрессорами, их обработали глюкозой, чтобы проверить секрецию инсулина. Секреция инсулина снизилась во всех клетках, кроме контрольных (они не подвергались стрессу).

Далее ученые провели мультиплексный анализ экспрессии генов в этих клетках. И в донорских клетках, и в SC-islets увеличилась экспрессия генов, связанных с клеточным стрессом и иммунным взаимодействием. Подобное и ранее отмечали ученые, когда речь шла о человеческих бета-клетках.

Поскольку стресс бета-клеток может вызывать отторжение после трансплантации, авторы решили воздействовать на экспрессию генов стресса и иммунного взаимодействия/распознавания: β2M, CDKN1A, NLRC5 и XBP1.

Чтобы снизить экспрессию этих генов и генов, которые от них зависят, ученые использовали лентивирусные векторы. С их помощью в SC-islets вводили плазмиды, кодирующие малые РНК, образующие шпильки (small hairpin RNA, shRNA). После трансдукции клетки снова обрабатывали комбинацией стресс-индуцирующих факторов. Снижение экспрессии выбранных генов защитило клетки от гибели: апоптотических бета-клеток стало меньше. При этом функция клеток сохранилась: они так же вырабатывали инсулин в ответ на глюкозу. Даже после воздействия стрессоров в этих клетках экспрессия отмеченных генов повышалась не так значительно, как в обычных клетках.

В итоге SC-islets были более устойчивы к воздействию воспалительных молекул и высокой концентрации глюкозы и менее восприимчивы к атаке со стороны иммунной системы. Авторы планируют исследовать, как такие клетки поведут себя в долгосрочной перспективе после трансплантации.