Шиня Яманака

Шиня Яманака (山中 伸弥, Yamanaka Shin'ya^?, роден на 4 септември 1962 г.) е японски Нобелов лауреат през 2012 г. за изследванията му върху стволовите клетки.^[2][3][4] Той служи като директор на Центъра за плурипотентни стволови клетки и е професор в Института за гранични медицински науки в университета на Киото; заема позиция на старши изследовател в института UCSF в Сан Франциско, Калифорния; професор е по анатомия в Калифорнийския университет на Сан Франциско. Яманака е бивш президент на Международното общество за изследвания на стволови клетки (ISSCR).

Шиня Яманака 山中伸弥
японски лекар
Роден	4 септември 1962 г. (62 г.) Хигашиосака, Япония
Националност	Япония
Учил в	Калифорнийски университет, Сан Франциско
Работил в	Киотски университет Калифорнийски университет, Сан Франциско
Научна дейност
Област	Стволова клетка
Награди	Нобелова награда за физиология или медицина (2012)
Уебсайт	profiles.ucsf.edu/shinya.yamanaka
Шиня Яманака в Общомедия

Видеофилм на кардиомиоцит в статия с отворен достъп в съавторство на Яманака.^[1] Изолирането на клетки по тип е важна стъпка в терапията със стволови клетки.

През 2010 г. Яманака получава наградата в категория Биомедицина на фондацията BBVA. Също така е лауреат на наградата Волф в областта на медицината през 2011 г. заедно с Рудолф Йениш^[5], а на наградата Технология на хилядолетието през 2012 г. – заедно с Линус Торвалдс. През 2012 Яманака и Джон Гърдън са удостоени с Нобелова награда за откритието, че зрели клетки могат да се превърнат в стволови клетки.^[6] През 2013 г. той е награден с $3 млн. грант за пробива си в областта на естествените науки.

Образование

Яманака е роден в Higashiōsaka, Япония през 1962 година. След като завършва училище Теноджи той следва в университета Осака Киойку^[7] и получава магистърска степен от университета в Кобе през 1987, а докторска степен в университета Осака Сити през 1993 година. След това Яманака премина ординатура по ортопедична хирургия в Националната Болница на Осака и сътрудничество (fellowship) в Института по сърдечно-съдови заболявания в Сан Франциско.

След това работи в Института за наука и технология в Нара, Япония. Яманака става професор в Киото университет, където ръководи центъра на iPS изследване и прилагане.^[8]

Професионална кариера

Между 1987 и 1989, Яманака е специализант в ортопедична хирургия в Осака, като на първата си операция той опитва да премахне доброкачествено новообразувания от тялото на приятеля си Сюити Хирата. Тази задача той не успява да завърши и след един час, докато опитен хирург би я извършил за десет минути. Някои от по-възрастни ординатори започват да наричат Яманака „Джаманака“ – игра на думи с японската дума за пречка.^[9]

Между 1996 и 1999 Яманака е вече асистент в медицинския факултет на университета Осака Сити и намира себе си в научната лабораторията.^[9]

Жена му го съветва да стана практикуващ лекар, но вместо това той кандидатства за пост в Институт за наука и технологии. Яманака счита, че би могъл да се изясни характеристиките на ембрионалните стволови клетки без това да му попречи да работи основната си работа. От 1999 до 2003 година, той е доцент в този институт и започва изследванията, които в крайна сметка му спечелват Нобеловата награда. Той става професор и остава в института в това положение до 2005. Между 2004 и 2010 г., Яманака е професор в Института за погранични медицинските науки.^[10] 

През 2006 година той и екипът му създават индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPS клетки) от фибробласти на възрастни мишки.^[2] IPS-клетки приличат на ембрионалните стволови клетки инвитро - бластоцистите, клетки на ембрион няколко дни след оплождането. Това може да означава, че IPS-клетките са плурипотентни, т.е. те са в състояние да се развият във всички клетъчни линии на човешкия организъм. По-късно Яманака и екипът му създават IPS клетки от фибробласти на възрастен човек^[3].

Ключовата разлика от предишните опити на други екипи в това поле е, че Яманака използва 4 транскрипционни фактора (Sox2, Oct4, Klf4, c-Myc), а не трансфекция на един и същи фактор в експеримента.^[2]

Интерес към спорта

Яманака е практикувал джудо с втори дан черен колан и играе ръгби като студент в университета. Той също има история на бягане на маратонски разстояния. След 20-годишно прекъсване, той участва в първия маратон в Осака през 2011 г. като благотворителен бегач с резултат 4:29:53. Яманака също така участва в други спортни състезания за да събере пари за IPS-изследванията.^[11]

Признание

Шиня Яманака по време на лекция, 14 януари 2010 година.

През 2007 г. Яманака е обявен за „Човек от значение“ от списание Time,^[12][13] а през юни 2010, Яманака е удостоен с наградата Киото за препрограмирането на възрастни клетки на кожата в полипотентни предшественици. През май 2010 г., Яманака получава почетната титла „доктор на науките“ на Училището по медицина на Синайската планина.^[14] През септември 2010 г. той е удостоен с награда Балзан за работата си по биология на стволови клетки.^[15] Яманака е посочен като един от 15-те основни азиатските учени в регистър от 15 май 2011 г.^[16][17] През юни 2011 г., му е присъдена първа МакЮън награда за иновации; той сподели $100 000 награда Казутоши Такахаши, автор на книга при описанието на получаване на индуцирани плурипотентни стволови клетки.^[18] През юни 2012 г. той е удостоен с наградата за технологиина хилядолетието за работата му със стволовите клетки.^[19] той споделя 1,2 милиона евро премия с Линус Торвалдс, създателят на ядрото на Linux.

Нобелова Награда

През октомври 2012 г. Яманака е удостоен с Нобелова награда в областта на физиологията или медицината:

„

за откритието, че зрели клетки могат да бъдат препрограмирани и да станат плурипотентни.[20]

“

Стволовите клетки на Яманака

Поред класификацията на Яманака са налице различни видове стволови клетки:

Видове Клетки	Характеристики
Тотипотентни клетки	Могат да развият до всички други видове клетки, тотипотентноста се запазва в рамките на първите няколко деления на оплодената яйцеклетка
Плурипотентни клетки	Могат да развият във всички видове клетки, с изключение на тези на амнион и на плацента. Ранните ембриони се състоят предимно от плурипотентни стволови клетки
Мултипотентни клетки	Могат да развият във всяка от близкородствените клетъчни линии, напр. мултипотентните кръвни клетки могат да се трансформират във всички възможни кръвни клетки

Произход на стволовите клетки

Тип	Плюсове	Минуси
Репликация на соматични ембрионални стволови клетки (ОВЕ)	Няма имунно отхвърляне при автотрансплантация	ниска производителност Много необходими човешки яйцеклетки Етичен въпрос: Възможно ли е да се клонира човек
Оплодената яйцеклетка като източник на стволови клетки	Плурипотентни клетки Цитирани случаи имунно отхвърляне	Използват се оплодени яйцеклетки Имунно отхвърляне Онкогенен потенциал (не се използва за клинични изпитвания)
Предизвикани плурипотентни стволови клетки (iPS-клетки)	Неетичност Плурипотентни клетки	Онкогенен потенциал Нарушения на стареенето
Възрастните стволови клетки	Много изследвания Няма имунно отхвърляне Безопасни (клинични проучвания)	Не като потенциал ES клетки

Исторически предпоставки и концепции

Преобладаващото мнение в началото на ХХ век е, че зрелите клетки са завинаги заключени в диференцирано състояние и не може да се върне към незрялото състояние на плурипотентни стволови клетки. Мислеше се, че клетъчната диференциация може да бъде само еднопосочен процес. Следователно, недиференцираното яйце и ранните зародишеви клетки могат да се развият само в специализирани клетки. Обаче възрастни стволови клетки с ограничена заряд остават в костния мозък, червата, кожата и т.н. като източник на подмяна и регенерация на тъканите.^[21] Фактът, че диференцирани видове клетки имат специфични модели протеини обосновава концепция за необратими епигенетични или генетични промени в основата на еднопосочно клетъчна диференциация. Така че, клетките постепенно стават все по-ограничени в диференцировка и потенциал и в крайна сметка губят плурипотентностите си.^[22]

През 1962 г. Джон Гърдън показва, че от ядрото на диференцирани жабешки чревни епителни клетки може да се създаде напълно функционална попова лъжичка чрез трансплантация в енуклеирана яйцеклетка. Гердон използва ядрен трансфер на соматични клетки (SWNTS) като метод за препрограмиране на клетъчната специализацията. Той дойде до заключението, че дори диференцирани соматични клетки има потенциал в ядрата си, който да ги върне към плурипотентността. Това е смяна на парадигмата във времето.

Актуални концепции

Щиня Яманака доказва, че въвеждането на малка група транскрипционни фактори в диференцирани клетки е достатъчно за да възстанови клетъчната плурипотентност. Яманака се фокусира върху факторите, които са важни за поддържане на плурипотентностите в ембрионални стволови клетки и посочи набор от 24 фактора като кандидати за възстановяване на плурипотентности в соматични клетки. Когато всички 24 гени, кодиращи тези фактори на транскрипцията са въведени в кожни фибробласти се появяват няколко действителни колонии, които са забележително подобни на ES клетки. На второ място са проведени по-нататъшни експерименти с по-малък брой фактори на транскрипция за да се идентифицират ключовите сред тях. Най-накрая се очертават четири ключови фактора – Tus, Oct3/4, Sox2 и Klf4, които са достатъчни за да се превърнат мишите ембрионални и възрастни фибробласти в плурипотентни стволови клетки IPS (предизвикани плурипотентни). IPS клетки могат да бъдат избрани чрез включване на ген в локус Fbx15, който, от своя страна, води до G418 репликация. Яманака и колегите му през 2007 година са били първите, които произвеждат човешки IPS-клетки. Въпреки това, има някои трудности за преодоляване. Първо – много ниска скорост на производство на IPS-клетки, а и фактът, че 4-те транскрипционни фактори е показано, че са онкогенни. Въпреки това, това е наистина фундаментално откритие и отваря съвсем нова област на изследвания.

През юли 2014 избухва скандал по отношение на научните изследвания на Харуко Обока, свързан с Яманака ^[23] и стана да се извиняват.^[24][25].

По-нататъшни изследвания и перспективи за бъдещето

След първоначалното откритие на Яманака са направени още много изследвания и много подобрения в тази област, като:

1. Синтезът на факторите на плурипотентността е подобрен като [[|ретровирусен вектор|ретровирусни вектори]], които са свързват на случаен принцип в генома и предизвикват тумори, са заменени с интегриране на вируси и стабилизирани РНК и протеини.
2. Идентифицирани са транскрипционните фактори, необходими за индукция на плурипотентност в различни видове клетки, включително неврални.
3. Микромолекули на тъканни хормони са изолирани, с което може да замени функцията на транскрипционните фактори.
4. Проведени са експерименти по трансдиференцировка на клетки без преминаване през плурипотентно състояние -
5. екзокринни клетки в ендокринни клетки, фибробласти в миобласти или кардиомиоцити, фибробласти в неврони.
6. Изследва се възможност на заместителна терапия с IPS клетки. Стволовите клетки могат да заменят болни или изгубени клетки в дегенеративни заболявания и те са по-малко склонни към иммунно отхвърляне. Въпреки това съществува опасност, че може да доведе до мутация или други генетични аномалии, които правят метода негоден за клетъчна терапия. Необходима е по-нататъшна работа, за да се гарантира сигурността на пациентите.
7. Използването на IPS-клетки може да промени хода на болестния процес при пациенти с генетични и други нарушения като:

• Амиотрофична латерална склероза, Ретта синдром, гръбначно-мускулна атрофия (AGR), α1-антитрипсинова недостатъчност, фамилна хиперхолестеролемия и гликогеноза тип 1А.
• Сърдечно-съдови заболявания – синдром на Тимъти, леопардов синдром Тип 1 и 2, синдром на удължен QT-интервал
• Болест на Алцхаймер, Спиноцеребеларна атаксия, хорея на Хънтингтън.

Проучванията на Яманака и последователите му

„

...отварят нова врата пред учените на света, но дългия път от изследвания, надявайки се да се намери истинския потенциал на нашите клетки.[26]

“