Shinya YamanakaСинья Яманака (山中 伸弥,
Yamanaka Shin'ya ; родился 4 сентября 1962 г.) — японский исследователь стволовых клеток и лауреат Нобелевской премии. Он является профессором и почетным директором Центра исследований и применения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток ) Киотского университета; а также старшим научным сотрудником Институтов Гладстона в Сан-Франциско, штат Калифорния, связанных с Калифорнийским университетом в Сан-Франциско (UCSF) , и профессором анатомии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско (UCSF). Яманака также является бывшим президентом Международного общества исследований стволовых клеток (ISSCR).
Он получил премию BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award 2010 года в категории биомедицины, премию Вольфа в области медицины 2011 года и премию Millennium Technology Prize 2012 года. В 2012 году он и Джон Гурдон были удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине за открытие того, что зрелые клетки могут быть преобразованы в стволовые клетки. В 2013 году он был удостоен
премии Breakthrough Prize в области наук о жизни в размере 3 миллионов долларов за свою работу.
В 2006 году он и его команда получили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки) из фибробластов взрослых мышей. iPS-клетки очень похожи на
эмбриональные стволовые клетки ,
in vitro эквивалент той части бластоцисты
( эмбриона через несколько дней после оплодотворения), которая развивается, чтобы стать собственно эмбрионом. Они смогли показать, что их iPS-клетки плюрипотентны , то есть способны генерировать все клеточные линии организма. Позже он и его команда получили iPS-клетки из фибробластов взрослых людей, снова став первой группой, сделавшей это. Ключевым отличием от предыдущих попыток в этой области стало использование его командой нескольких факторов транскрипции вместо трансфекции одного фактора транскрипции за эксперимент. Они начали с 24 факторов транскрипции, известных как важные на ранних стадиях развития эмбриона, но в итоге смогли сократить их количество до четырех факторов транскрипции – Sox2 , Oct4 , Klf4 и c-Myc.
Синья Яманака обнаружил, что введение небольшого набора факторов транскрипции в дифференцированную клетку достаточно для возвращения клетки в плюрипотентное состояние. Яманака сосредоточился на факторах, важных для поддержания плюрипотентности в эмбриональных стволовых клетках (ЭСК). Это был первый случай, когда неповрежденную дифференцированную соматическую клетку удалось перепрограммировать для достижения плюрипотентности.
Зная, что факторы транскрипции участвуют в поддержании плюрипотентного состояния, он отобрал набор из 24 факторов транскрипции эмбриональных стволовых клеток в качестве кандидатов для восстановления плюрипотентности в соматических клетках. Сначала он собрал 24 фактора-кандидата. Когда все 24 гена, кодирующие эти факторы транскрипции, были введены в фибробласты кожи, лишь немногие из них действительно образовали колонии, удивительно похожие на эмбриональные стволовые клетки. Во-вторых, были проведены дальнейшие эксперименты с меньшим количеством добавленных факторов транскрипции для идентификации ключевых факторов с помощью очень простой, но чувствительной системы анализа. Наконец, он идентифицировал четыре ключевых гена. Они обнаружили, что 4 фактора транскрипции (Myc, Oct3/4, Sox2 и Klf4) были достаточны для превращения эмбриональных или взрослых фибробластов мыши в плюрипотентные стволовые клетки (способные продуцировать тератомы
in vivo и участвовать в создании химерных мышей).
Эти плюрипотентные клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPS-клетками); они встречаются с очень низкой частотой. iPS-клетки можно отобрать путем введения гена b-geo в локус Fbx15. Промотор Fbx15 активен в плюрипотентных стволовых клетках, которые индуцируют экспрессию b-geo, что, в свою очередь, приводит к устойчивости к G418; эта устойчивость помогает нам идентифицировать iPS-клетки в культуре.
Более того, в 2007 году Яманака и его коллеги обнаружили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки) с передачей генов через зародышевую линию (путем отбора по генам Oct4 или Nanog). Также в 2007 году они первыми получили человеческие iPS-клетки.
К числу проблем, с которыми сталкиваются современные методы индуцированной плюрипотентности, относятся очень низкая скорость получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток и тот факт, что 4 транскрипционных фактора, как было показано, обладают онкогенными свойствами.
В июле 2014 года, во время скандала, связанного с японским исследователем стволовых клеток Харуко Обоката, которая фальсифицировала данные, подделывала изображения и плагиатировала работы других, Яманака подвергся публичной критике за свою работу, не имевшую полной документации. Яманака отрицал манипулирование изображениями в своих статьях об эмбриональных стволовых клетках мышей, но он не смог найти лабораторные записи, подтверждающие соответствие исходных данных опубликованным результатам.
С момента первоначального открытия Яманаки в этой области было проведено множество дальнейших исследований, и технология была значительно усовершенствована. Усовершенствования, внесенные в исследования Яманаки, а также перспективы его дальнейших разработок, заключаются в следующем:
- Механизм доставки факторов плюрипотентности был усовершенствован. Первоначально использовались ретровирусные векторы, которые случайным образом интегрируются в геном и вызывают дерегуляцию генов, способствующих образованию опухолей. Однако в настоящее время используются неинтегрирующиеся вирусы, стабилизированные РНК или белки, или эписомальные плазмиды (механизм доставки без интеграции).
- Были идентифицированы факторы транскрипции, необходимые для индукции плюрипотентности в различных типах клеток (например, в нейронных стволовых клетках).
- Были идентифицированы небольшие замещающие молекулы, способные заменить функцию факторов транскрипции.
- Были проведены эксперименты по трансдифференцировке . Исследователи пытались изменить судьбу клетки, не проходя через плюрипотентное состояние. Им удалось систематически идентифицировать гены, осуществляющие трансдифференцировку, используя комбинации транскрипционных факторов, которые вызывают переключение судьбы клетки. Они обнаружили трансдифференцировку внутри зародышевых слоев и между зародышевыми слоями, например, экзокринных клеток в эндокринные, фибробластов в миобласты, фибробластов в кардиомиоциты, фибробластов в нейроны.
- Клеточная заместительная терапия с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) является перспективным направлением. Стволовые клетки могут замещать пораженные или утраченные клетки при дегенеративных заболеваниях и менее подвержены отторжению иммунной системой. Однако существует опасность возникновения мутаций или других геномных аномалий, которые делают их непригодными для клеточной терапии. Таким образом, перед нами стоит множество задач, но это очень перспективное и многообещающее направление исследований. Необходимы дальнейшие исследования для обеспечения безопасности пациентов.
- В медицине можно использовать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки) от пациентов с генетическими и другими заболеваниями для изучения патологических процессов. К таким заболеваниям относятся: боковой амиотрофический склероз (БАС), синдром Ретта, спинальная мышечная атрофия (СМА), дефицит α1-антитрипсина, семейная гиперхолестеринемия и гликогеноз типа 1А. Также их применяют при сердечно-сосудистых заболеваниях, таких как синдром Тимоти, синдром LEOPARD, синдром удлиненного интервала QT 1 и 2 типа; болезнь Альцгеймера, спиноцеребеллярная атаксия, болезнь Хантингтона и др.
- Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки) предоставляют платформы для скрининга при разработке и валидации терапевтических соединений. Например, кинетин был обнаружен в iPS-клетках пациентов с семейной дисфункцией вегетативной нервной системы, а бета-блокаторы и блокаторы ионных каналов при синдроме удлиненного интервала QT были идентифицированы с помощью iPS-клеток.
Исследования Яманаки «открыли новую дверь, и ученые всего мира отправились в долгое путешествие, надеясь найти истинный потенциал наших клеток».
В 2013 году в Японии с помощью iPS-клеток была создана сосудистая и функциональная печень человека у мышей. Для дифференциации компонентов печени, которые затем самоорганизовались в сложную структуру, использовались множественные стволовые клетки. При помещении в организм мыши сосуды печени соединялись с сосудами хозяина и выполняли нормальные функции печени, включая расщепление лекарств и печеночных секретов.
В 2022 году было показано, что факторы Яманаки влияют на возрастные показатели у старых мышей.