Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Inducerad pluripotens innebär att man inducerar mogna celler till att övergå i ett pluripotent stadium och bilda så kallade inducerade pluripotenta celler (iPS-celler). Detta görs till exempel genom viral integration av transkriptionsfaktorerna octamer-binding transcription factor 3 och 4 (Oct3/4), sex determining region Y-box 2 (Sox2), Krüppel-like factor 4 (Klf4) och c-Myc. Pluripotenta celler har förmågan att bilda vilken vävnadstyp som helst i kroppen och detta vill man i framtiden använda för behandling av olika degenerativa tillstånd så som Parkinsons sjukdom. Idag kan iPS-celler inte användas kliniskt eftersom de ger upphov till tumörtyperna teratom och teratokarcinom vid injektion in vivo. Under de senaste åren har mycket forskning lagts ned på att hitta metoder som förhindrar/minskar teratombildningen.

Ett sätt att förhindra detta är genom att låta iPS-celler differentiera, så att deras pluripotensgrad minskar innan de injiceras. Den ursprungliga metoden med de fyra transkriptionsfaktorerna innebär användning av virala vektorer och eftersom dessa har associerats med tumörbildning har man försökt hitta alternativa metoder som effektivt kan inducera pluripotens utan användning av retro- eller lentivirus. För induktion utan virala vektorer har man bl.a. använt plasmider, episomala vektorer och icke-bakteriella minicircle DNA-segment.

De transgener som används vid induktion av pluripotenta celler (Oct3/4, Sox2, Klf4 och c-Myc) har också visat sig vara relaterade till tumörbildning. Genom användning av Cre/LoxP och PiggyBac transposoner har man kunnat plocka bort transkriptionsfaktorerna efter det att omprogrammeringen har skett. Man har också inducerat pluripotens genom att enbart stimulera celler med transkriptionsfaktorernas (Oct3/4, Sox2, Klf4 och c-Myc) proteiner, vilket gör att man lättare kan kontrollera hur stora induktionsstimuli cellerna utsätts för. Den metod som hittills har visat sig vara effektivast för induktion av pluripotens är användning av mikroRNA. Denna metod ger ingen integration av transkriptionsfaktorerna, men ger däremot en integration av lentivirusvektorn som används vid framställning.

Flera andra metoder har också undersökts. En av dessa metoder innebär behandling med diabetes läkemedlet Metformin efter det att iPS-celler har injicerats in vivo och denna metod visade sig minska den teratombildande förmågan hos iPS-cellerna. Man har också med hjälp av apoptosgener inducerat apoptos hos odifferentierade iPS-celler samt hos transformerade onkogena iPS-celler. Apoptosgenerna har visat sig vara mycket effektiva för att förhindra teratombildning och i studier har man hos flera möss inte kunnat iaktta några teratom. Även en ökad dos av suppressorgenerna p53 och Ink4a/ARF har visat en effektiv minskning av teratombildningen, både i förekomst och storlek. Man har dessutom sett att celler med en extra upplaga av suppressorgener svarat bättre på kemoterapibehandling.

Induction of pluripotency means that you reprogram somatic cells into a state of pluripotency (iPS cells) comparable to that of stem cells. This can be achieved by viral integration of the transcription factors octamer-binding transcription factor 3 och 4 (Oct3/4), sex determining region Y-box 2 (Sox2), Krüppel-like factor 4 (Klf4) and c-Myc. Pluripotent cells have the ability to form any celltype and scientists hope that these cells will become an important key to new techniques for treatment of degenerative diseases, such as Parkinsons disease. Clinical use of iPS cells is however still not possible due to the formation of teratomas and teratocarcinomas that occurs when iPS cells are transplanted in vivo. A lot of scientific efforts have focused on finding methods that inhibit or decrease the tumorigenicity of iPS-cells.

One way to decrease the tumorigenicity of iPS cells is by letting the cells differentiate before they are transplanted. When their pluripotency is reduced, so is their tumorigenicity. The process of reprogramming somatic cells to iPS cells includes the use of viral vectors. These have been associated with tumor formation and therefore scientist have tried to find alternative methods, to produce iPS cells, that do not acquire the use of retro- or lentiviral vectors. Plasmids, episomal vectors and minicircle DNA can be used for this purpose.

The transcription factors that are used to reprogram cells into iPS cells (Oct3/4, Sox2, Klf4 and c-Myc) have been associated with different kinds of tumorformation. By using Cre/LoxP and PiggyBac transposons scientist have successfully been able to remove the transcriptionfactors after reprogramming. Another way to minimize the impact of the transcription factors is to directly stimulate the cells with the proteins. In this way scientists have been able to gain better control of the amount of stimuli that the cells are exposed to and to reduce the impact of the transcription factors after the reprogramming process is finished. This method is however very ineffective and therefore not commonly used. Induction with microRNA has so far been the most effective method of reprogramming iPS cells. This method does not include integration of the transcription factors, but does give an integration of the acquired lentiviral vector.

Other methods that have been explored include treating mice with Metformin, an antidiabetic drug, after injecting iPS cells in vivo. Metformin has been shown to decrease the formation of teratomas in size, weight and occurrence after iPS cell transplantation. Genes that induce apoptosis have also been shown to have a great impact on the formation of teratomas. An increased dosage of the tumor suppressor genes p53 and Ink4a/ARF can give an effective decrease in teratomaformation. Cells with an additional p53 or Ink4a/ARF gene have also been shown to respond better to chemotherapy treatment.