Шухрат Миталипов и его клетки.

Если вам задать вопрос с какими именами у вас ассоциируются исследования в области стволовых клеток?
То скорее всего первое что придёт на ум это Шинья Яманака, Хван У Сук (хоть и не в самом лучшем свете) или Эванс и Кауфман (Нобелевские Лауреаты, за открытие эмбриональных стволовых клеток).
Но наверное мало кто знает о таком исследователе как доктор Миталипов.
Да, да тоже наш соотечественник, может быть не так популярен как Яманака со своими индуцированными плюропотентными клетками (iPS), но именно клетки Миталипова могут быть потенциальными "конкурентами" iPS клеток если здесь вообще употребительно слово конкуренция.

В чём же заключается  главное открытие Шухрата Миталипова, после которого он стал популярен не только в области стволовых клеток но в биологии в целом.
Здесь нам надо будет уйти немного в прошлое, а вернее во времена овечки Долли, первого животного которого смогли клонировать. Клонирование это очень "широкое" слово, оно может использоваться в генетике говоря к примеру: "я клонировал Х ген" что может означать что человек сумел внедрить последовательность ДНК которая кодирует Х ген в плазмиду (вектор).

В области же стволовых клеток клонирование это техника переноса ядра из соматической клетки в яйцеклетку у которой её собственное ядро удалено. Также эта техника называется как пересадка ядра соматической клетки, Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT). Благодаря этому SCNT была клонирована овечка Долли (1996 г) вот было шумихи тогда, все сразу заговорили о клонировании человека, о том что богатые теперь будут жить по 200 лет так как будут клонировать себе подобных и брать их органы себе в пользование, что только не говорили.

Но тут была проблема, многие не могли создать человеческие стволовые клетки путём SCNT. Первый кто это сделал, вернее сказал что сделал, был Хван У Сук, корейский исследователь из Сеульского Национального Университета. Но потом оказалось что его результаты сфабрикованы, никаких человеческих стволовых клеток и в помине не было. После такого скандала пошла обратная волна, да кому это нужно? это невозможно в принципе! и тд и тп.
А доктор Миталипов был верен себе, и в 2007 году он публикует свою работу в Human Reproduction (не самый известный журнал в мире) где заявляет что его команда может создать стволовые клетки путём SCNT используя клетки макаки. А уже 2013 году, его метод срабатывает и с человеческим материалом, эту работу он уже публикует в Cell (один из самых известных журналов в мире). И самое главное, его результаты смогли повторить другие лаборатории в отличии от корейского коллеги.

Кофе на утро, не так уж и плохо.....

Говоря простым языком, а в чём фишка? Почему сотни людей пытались и не смогли а он тут пришёл и смог? Он что дует на эти клетки как-то по-особенному?
Нет никакой мистики, всё достаточно просто.

В процессе SCNT много этапов, один из самых сложных это этап удаления ядра из яйцеклетки. Удаление производят когда яйцеклетка находится в метафазе II, было уже давно известно что обезъядервание ведёт к нарушению репрограммирования клетки в следующих процессах когда вводят ядро из соматической клетки. Причины этого нарушения точно не известны, считается что обезъядервание ведёт к активизации других органелл таких как митохондрии, неправильном функционировании транскрипции РНК и другие причины.

Группа Миталипова поступила следующим образом, во время обезъядервания клетки находились в 1.25 mM растворе кофеина, ингибитор фосфодиэстеразы.
И это сработало!!! добавление кофеина увеличило формирование бластоцист до впечатляющего уровня 71%. Точный механизм действия кофеина не ясен, но очевидно то что он стабилизирует яйцеклетку в метафазе II и тем самым делает возможным последующие операции с переносом соматического ядра.
Исследователи гипотезируют что кофеин как ингибитор фосфатазы, блокирует процессы которые активизируются при удалении родного ядра что по умолчанию блокирует активизацию самой яйцеклетки и её органелл.

Так что сейчас можно поставить эмбриональные стволовые клетки, iPS клетки и клетки выведенные группой док. Миталипова так называемые ntES клетки (nuclear transfer Embryonic Stem cells) в один ряд!

P.S. Казахская сторона пишет об успешном казахском учёном в штатах. Российские сайты пишут о выдающемся российском исследователе. Уйгурская община в Казахстане гордится своим сыном.
Судите сами, родился он в Казахстане, по национальности уйгур, докторскую степень получил в Москве (а всё это когда-то было СССР) и наверное самый значительный научный вклад сделал в Соединенных Штатах.   

Циркадные ритмы должны быть в ритме.

Циркадный, что с латинского означает circa — около, кругом и dies — день, это 24-х часовой биологический ритм который прослеживается во многих организмах начиная с растений и бактерий заканчивая млекопитающими включая Homo sapiens. Несмотря на это мы очень мало знаем о физиологии этого жизненно важного для нас свойства, из чего этот ритм происходит? как он регулируется? насколько велико его влияние на наше с вами здоровье? Все эти вопросы в большей степени, в течении долгого времени оставались и отчасти остаются для нас неизвестными.

Жизнь зародилась около 3 миллиардов лет тому назад, значит до сих пор произошло около триллиона восходов и закатов звезды по имени солнце. Вы представляете?! ни кино, ни книг вообще ничего, только вечно бурлящий, протеиновый бульон на нашей планете и восходы, закаты, восходы, закаты..... Другими словами это очень сильно повлияло на наше с вами теперешнее состояние в ходе эволюции.

Важность:
Человек в среднем тратит 36% из своих 24 часов в сутки на сон и уменьшение количества часов на отдых может привести к плачевным последствиям. Уже установившийся факт что количество дорожных инцидентов диспропорционально высоко на 03:00 утра по сравнению с любым другим временем суток, также не случайность и то что различные катастрофы огромных масштабов такие как авария на чернобыльской АЭС случилось именно в ночную смену.

Расстройство циркадного ритма сна или бессонница наблюдается у 80% людей с шизофренией и хронической депрессией. Также в 2007 году международное агентство по изучению рака классифицировало работу в ночную смену как потенциально канцерогенный фактор. В частности, эпидемиологические исследования нашли тесную корреляцию между работницами в ночную смену и инцидентом заболевания раком молочной железы.
Все эти наблюдения говорят лишь о том что нарушение циркадного ритма влияет на наше здоровье в значительной степени.

Механизм:
Циркадные ритмы подвержены многочисленным внешним факторам, один из самых главных факторов это дневной свет. Свет детектируется органами зрения и сигнал передаётся через ретино-гипоталамический тракт к нейронам супрахиазматического ядра (СХЯ) в гипоталамусе. СХЯ является центром наших биологических часов и посредством различных нейро-физиологических процессов активизирует симпатическую нервную систему которая влияет на активность и функциональность внутренних органов организма (Рисунок 1).

Но если подойти к биологическим часам со стороны генетики, то долгое время оставалось неизвестным какие гены несут ответственность за реализацию циркадных ритмов.
Первый ген который имел отношение к циркадным ритмам был клонирован у дрозофилы в 1984 году, это был "Per" ген (ниже будет описана функция этого и других генов в регулировании биологических часов) и только через 10 лет (в 1994 г) были в первые выведены мыши с мутированным циркадным геном "CLOCK".
На сегодняшний момент известно 20 генов которые напрямую влияют и играют важную роль в циркадных ритмах (их количество продолжает расти).
С молекулярной стороны, циркадный ритмы можно назвать как транскрипторно-трансляционная негативная петля (Рисунок 2). Х протеины активизируют транскрипцию РНК Y генов из которых транслируются Y протеины, эти белки регулируют циркадный цикл и в тоже время ингибируют функцию Х протеинов. В дальнейшем, Y протеины деградируются благодаря протеосом и круговорот начинается заново.

Циркадный цикл начинается с экспрессии двух протеинов Bmal1 (brain and muscle aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT)-like 1; также известный как ARNTL) и CLOCK (circadian locomotor output cycles kaput). Эти два протеина связываются друг с другом образуя гетеродимер. Этот комплекс в дальнейшем транслоцируется в клеточное ядро и действует как активатор транскрипции различных генов так называемых "часовых генов" (clock genes) которые отвечают за колебания активности различных параметров жизнедеятельности организма начиная с метаболизма липид в печени, артериального давления заканчивая способностью мозга к мыслительным процессам. Помимо активизации clock genes, Bmal1-CLOCK комплекс активизирует транскрипцию двух циркадных генов Per (period circadian protein) и CRY (cryptochrome), эти два протеина также димеризуются и транслоцируются в клеточное ядро где ингибируют Bmal1-CLOCK комплекс, в течении сна Per-CRY комплекс деградируется и Bmal1-CLOCK гетеродимер обратно активизируется и начинает новый цикл, всё это происходит в течении 24 часов (Рисунок 3). Примерно 10% от всего генома человека находится под непосредственным контролем циркадного ритма.

Влияние циркадных ритмов на иммунную систему:
Несмотря на то что циркадный ген нокаут мыши появились только в 1994 году, первые исследования в которых учёные пытались найти связь между циркадными ритмами и иммунным ответом были проделаны ещё в 1960-м году.
Начнём с того что в нашем организме в течении 24 часов происходят колебания уровня лейкоцитов в крови и в тканях, пик циркулирующих лейкоцитов приходится на фазу отдыха (у людей это ночь, у мышей день), когда как максимум лейкоцитов инфильтрирующие в ткани происходит в первых часах активной фазы.
Исходя из этих колебаний , исследователи наблюдали что повышенная летальность у мышей происходит если  вводить бактерии или их токсичные компоненты (липополисахарид) перед началом активной фазы. Это результат повышенной миграции лейкоцитов в ткани животных которые при активизации выделяют воспалительные цитокины и повреждают родную ткань что приводит к высокой смертности.
Также интересные результаты были получены в 2008 году при сравнении имунного ответа мышей во время сепсиса при исскуственном нарушении циркадного ритма (постоянная темнота или постоянный свет). Выживаемость во время экспериментальной модели сепсиса была намного хуже у мышей которые были подверженны постоянному свету или постоянной темноте в сравнении с нормальным 12 часовым циклом света и темноты.

ZT аббревиатура от Zeitgeber с немецкого переводится как таймер. ZT это внешние условия которые синхронизируют внутренний ритм мышей на 24-х часовой день-ночь цикл. Чаще всего используется искусственный 12 часовой цикл света и темноты.

С выведением нокаут линий количество знаний о влиянии циркадных генов на иммунные клетки увеличилось значительно. Так например, стало ясно что Bmal1 является противовоспалительным протеином так как Bmal1 нокаут макрофаги экспрессировали больше воспалительных медиаторов (цитокинов и хемокинов) по сравнению с контролем во время имунного ответа на липополисахарид. С другой стороны CLOCK протеин имеет способность связываться с транскрипторным фактором NF-kappaB и тем самым усиливать его транскрипторную активность что приводит к увеличению синтеза воспалительных протеинов. Тем самым CLOCK нокаут клетки показывали пониженное содержание цитокинов в ответ на воспалительный стимул.

Будущие задачи:
Несмотря на то что за последнее десятилетие, изучение циркадных ритмов с позиции молекулярного механизма продвинулись достаточно далеко многие вопросы до сих остаются для нас не известными, Мы пока не знаем клеточную специфичность циркадных генов? Какова роль циркадных ритмов в поддержании гомеостаза иммунной системы?
Также интересно будет узнать есть ли корреляция и/или взаимосвязь между циркадными ритмами и фармакодинамикой лекарств. Должны ли фармакологи изменить приём введения лекарства основываясь на этих ритмах и экспрессии соответствующих генов чтобы усилить эффект уже существующих препаратов? Все эти вопросы пока, остаются открытыми. 

Литература:
Sleep Med Rev. 2013 Dec;17(6):433-44.
Breast Cancer Res Treat. 2013 Feb;138(1):291-301
Cancer Causes & Control January 2015, Volume 26, Issue 1, pp 143-150
Exp Physiol 99.4 (2014) pp 599–606
Immunity. 2014 Feb 20;40(2):178-86