Роль комплекса I электрон-транспортной цепи митохондрий и активных форм кислорода в процессе репрограммирования фибробластов мыши в плюрипотентное состояние тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Скворцова Елена Вячеславовна

• Скворцова Елена Вячеславовна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Скворцова Елена Вячеславовна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Цель и задачи исследования

Основные положения, выносимые на защиту

Научная новизна

Практическое значение

Вклад автора

Список публикаций по теме диссертационной работы

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Стволовые клетки: классификация стволовых клеток

1.1.1. Классы стволовых клеток по способности к дифференцировке

1.1.2. Стволовые клетки, используемые в исследованиях и клеточных технологиях

1.2. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

1.2.1. Основные свойства ИПСК

1.2.2. Факторы, используемые для репрограммирования клеток в плюрипотентное состояние

1.2.3. Стадии клеточного репрограммирования

1.3. Митохондрии, окислительное фосфорилирование и регуляция уровней АФК в клетке

1.3.1. Функции митохондрий

1.3.2. Структура и функция электрон-транспортной цепи митохондрии

1.3.3. Строение и субъединичный состав К-1 ЭТЦ

1.3.4. Митохондриальные АФК

1.3.5. Источники АФК вне митохондрии

1.3.6. Антиоксидантная система клетки: инактивация АФК

1.3.7. Способы влияния на работу ЭТЦ и продукцию АФК

1.4. Биоэнергетические аспекты и участие сигнальных функций АФК в

клеточном репрограммировании

1.4.1. Биоэнергетические особенности ПСК

1.4.2. Изменение структуры и функций митохондрий в процессе

репрограммирования

1.4.3. Роль гликолиза и окислительного фосфорилирования при репрограммировании

1.4.4. АФК в процессе клеточного репрограммирования

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. Культуры клеток млекопитающих

2.1.1. Ростовые среды и условия культивирования клеток мыши

2.1.2. Получение мышиных эмбриональных фибробластов (МЭФ)

2.1.3. ЭСК мыши

2.1.4. ИПСК мыши

2.1.5. Иммортализованные МЭФ-8ТО

2.1.6. Линия клеток НЕК-293Т

2.1.8. Клетки ОР9

2.2. Получение конструкций, экспрессирующих короткие интерферирующие РНК для подавления экспрессии и ШиАЬ10

2.3. Сборка лентивирусных частиц

2.3.1. Определение титра лентивирусов

2.4. Трансдукция клеток лентивирусами для подавления экспрессии целевых генов

2.5. Приготовление фидерных МЭФ

2.6. Репрограммирование МЭФ с помощью лентивирусных конструкций

2.7. Иммуноцитохимическое окрашивание

2.8. Окраска на щелочную фосфатазу

2.9. Иммуноблоттинг

2.10. ПЦР с обратной транскрипцией и детекцией в режиме реального времени

2.11. Цитофлуориметрические анализы

2.11.1. Анализ уровня митохондриального супероксид анион-радикала с помощью флуоресцентного красителя Мко8ОХ-Яед

2.11.2. Определение уровня общего супероксида с помощью флуоресцентного красителя дигидроэтидия

2.11.3. Анализ количества активных митохондрий с помощью флуоресцентного красителя mitoTracker-Red

2.11.4. Анализ уровня мембранного потенциала митохондрии с помощью флуоресцентного красителя JC-1

2.11.5. Анализ размера и гранулярности клеток

2.11.6. Анализ клеточной пролиферации

2.12. Статистический анализ результатов

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1. Сравнение полицистронных конструкций по их эффективности репрограммирования

3.2. Динамика изменения митохондриальной сети, уровней супероксида и мембранного потенциала митохондрий в процессе репрограммирования

3.2.1. Динамика изменения митохондриальной сети в процессе репрограммирования

3.2.2. Изменение уровня ММП в процессе репрограммирования

3.2.3. Динамика изменения уровней АФК в процессе репрограммирования

3.2.4. Изменения клеточного размера и гранулярности в процессе репрограммирования

3.3. Создание и тестирование киРНК-конструкций для подавления экспрессии субъединиц Ndufsl и Ndufb10 К-I дыхательной цепи митохондрий

3.3.1. Анализ подавления экспрессии Ndufs1 и Ndufb10

3.3.2. Существенное различие в уровне экспрессии Ndufb10 в различных клетках мыши

3.3.3. Подавление экспрессии Ndufs1 и Ndufb10 в ЭСК мыши вызывает повышение уровня мтАФК

3.3.4. Подавление экспрессии Ndufs1 и Ndufb10 в мышиных мезенхимных стромальных клетках ОР9 вызывает повышение уровня супероксида

3.4. Функция К-I ЭТЦ важна для клеточного репрограммирования

3.4.1. Подавление экспрессии субъединиц Ndufs 1 или Ndufb10 существенно снижает эффективность репрограммирования фибробластов в ИПСК

3.4.2. Ингибирование К-I ЭТЦ с помощью ротенона существенно снижает эффективность репрограммирования

3.4.2.1. Определение оптимальной концентрации ротенона для подавления активности К-I в процессе репрограммирования

3.4.2.2. Ротенон существенно снижает эффективность репрограммирования

3.4.3. Инактивация К-I на ранней стадии процесса репрограммирования в меньшей степени влияет на эффективность данного процесса

3.4.4. Подавление функций Ndufsl или Ndufb10 в ходе репрограммирования

нарушает плюрипотентные свойства ИПСК

3.5. Оптимальные уровни АФК необходимы для эффективного протекания процесса репрограммирования

3.5.1. Инактивация К-I вызывает повышение продукции АФК на каждой стадии процесса репрограммирования

3.5.2. Снижение уровней АФК фармацевтическими антиоксидантами на разных стадиях репрограммирования влияет на эффективность процесса

3.5.3. Оптимальные уровни АФК и функционирование К-I ЭТЦ необходимы для процесса репрограммирования

3.5.4. мтАФК на ранней стадии репрограммирования участвуют в регуляции данного процесса

3.5.5. Ингибирование К-I ЭТЦ в процессе репрограммирования незначительно нарушает уровни ММП

3.5.6. Окислительное фосфорилирование необходимо для процесса репрограммирования в плюрипотентное состояние: отсутствие ММП в ходе

репрограммирования практически полностью подавляет данный процесс

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ

4.1 Оценка эффективности репрограммирующих конструкций

4.2 Динамические изменения митохондриальной сети в процессе репрограммирования

4.3. Важная роль К-I и окислительного фосфорилирования во время репрограммирования

4.4. Функционирование К-I в процессе репрограммирования необходимо для поддержания плюрипотентного состояния полученных ИПСК

4.5. Двойственная функция АФК в процессе клеточного репрограммирования ... 124 ВЫВОДЫ:

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

БЛАГОДАРНОСТИ

Список используемых сокращений

АФК - активные формы кислорода АТФ - аденозинтрифосфат БСА - бычий сывороточный альбумин ВКМ - внутренняя клеточная масса ГСК - гемопоэтические стволовые клетки ДМСО (DMSO) - Диметилсульфоксид

ФАД/ФАДН2 (FAD/FADH2) - флавинадениндинуклеотид/ восстановленный ФАД ИПСК - индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (англ. iPSCs, induced pluripotent stem cells)

К-I-V - комплексы I -V дыхательной цепи митохондрии киРНК - короткие интерферирующие РНК (англ. siRNA)

MAPK -митоген-активируемая протеинкиназа (англ. mitogen-activated protein kinase)

ММП - митохондриальный мембранный потенциал

МСК - мезенхимные стволовые клетки

мтАФК - митохондриальные АФК

МЭФ (MEF) - мышиные эмбриональные фибробласты

НАД (NAD) -никотинамидадениндинуклеотид

НАДН (NADH) - восстановленный никотинамидадениндинуклеотид

НАДФ (NADP) - никотинамидаениндинуклеотидфосфат

ПААГ - полиакриламидный гель

ПСК - плюрипотентные стволовые клетки

ПФА - параформальдегид

ПЦР - полимеразная цепная реакция

ПЭИ - полиэтиленимин

СК - стволовые клетки

СЗ - среднее значение

СКО - стандартное отклонение

ТФ - транскрипционный фактор

ЩФ - щелочная фосфатаза

ЭСК - эмбриональные стволовые клетки (англ. ESCs) ЭТЦ -электрон-транспортная цепь

DHE - дигидроэтидий (англ. Dihydroethidium) Ebs - эбселен

FBS (ФБС) - фетальная бычья сыворотка (англ. fetal bovine serum)

FCCP - карбонилцианид-п-трифторметоксифенилгидразон (англ. Carbonyl cyanide

p-trifluoro-methoxyphenyl hydrazone)

CCCP - карбонилцианид м-хлорфенилгидразон (англ. сarbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone)

LIF - фактор ингибирования лейкемии (англ. leukemia inhibitory factor) NAC - -Ы-ацетил^-цистеин (англ. N-Acetyl-Cysteine)

NDUFS1 - НАДН-убихинон оксидоредуктаза коровая субъединица S1 (англ. NADH: ubiquinone oxidoreductase core subunit S1)

NDUFB10 - НАДН-убихинон оксидоредуктаза субъединица B10 (англ. NADH:

ubiquinone oxidoreductase subunit B10)

NOX - НАДФН-оксидаза (англ. NADPH oxidase)

Opti-MEM - улучшенная минимально необходимая среда для культивирования клеток (англ. Improved Minimal Essential Medium)

OxPhos - окислительное фосфорилирование (англ. oxidative phosphorylation) PBS - натрий-фосфатный буфер

SCNT - перенос ядер соматических клеток (англ. Somatic cell nuclear transfer) SDS - додецилсульфат натрия

TU - Трансформирующие единицы (англ. transforming units)

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Роль комплекса I электрон-транспортной цепи митохондрий и активных форм кислорода в процессе репрограммирования фибробластов мыши в плюрипотентное состояние»

Актуальность работы

Плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) имеют уникальные свойства неограниченного самообновления и способности дифференцироваться во все типы клеток взрослого организма. Исследования нескольких последних десятилетий позволили разработать подходы, позволяющие использовать данные клетки как для фундаментальных научных исследований, так и для их практического применения в биомедицинских исследованиях и регенеративной медицине.

ПСК существуют в течение короткого промежутка времени в раннем эмбриогенезе млекопитающих, где они представлены клетками эпибласта (первичной эктодермы). Культивируемыми аналогами клеток эпибласта являются эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Использование ЭСК человека в биомедицинских и клинических исследованиях, направленных на создание клеточных препаратов для регенеративной медицины, ограничено этическими нормами, труднодоступностью материала и законодательством. Помимо этого, применение аллогенных ЭСК в клеточной терапии затруднено в связи с проблемой иммунологической совместимости клеток донора с организмом реципиента. Одним из важнейших достижений современной клеточной биологии стало открытие возможности репрограммирования соматических клеток взрослого организма в плюрипотентное состояние посредством индукции эктопической экспрессии четырех транскрипционных факторов - Ой4, КШ, 8ох2 и с-Мус [1]. В ходе данного процесса происходит репрограммирование эпигенетического ландшафта соматических клеток и активация генов, поддерживающих плюрипотентное состояние. В результате процесса репрограммирования образуются так называемые индуцированные ПСК (ИПСК), имеющие все основные характеристики, свойственные ЭСК.

В настоящее время достигнут существенный прогресс в вопросах получения и применении ИПСК для фундаментальных и прикладных исследований. Тем не менее, остается актуальным ряд проблем, связанных с получением ИПСК. Если не касаться главной проблемы генно-инженерных подходов клеточных технологий, таких как риск случайных генетических изменений, часто ведущих к малигнизации клеток, то основными проблемами получения ИПСК остается низкая

эффективность данного процесса и наличие некоторых качественных отличий этих клеток от ЭСК. В настоящее время основным общепринятым протоколом получения ИПСК является эктопическая экспрессия транскрипционных факторов (ТФ) репрограммирования посредством генетических конструкций, вводимых в клетки, в том числе с помощью вирусов. При этом, несмотря на высокую эффективность трансдукции или трансфекции данных конструкций, плюрипотентного состояния достигает лишь малая часть трансфицированных клеток. Изменения морфологии клеток и экспрессия молекулярных маркеров плюрипотентного состояния в процессе репрограммирования достаточно хорошо охарактеризованы [2, 3], однако молекулярные механизмы и последовательность происходящих в клетках процессов остаются в значительной степени неизвестными. Кроме того, разные типы клеток значительно различаются по способности к репрограммированию в плюрипотентное состояние, а факторы, определяющее эту способность, также остаются недостаточно охарактеризованными. Не менее важным является вопрос качества получаемых ИПСК. Известно, что процесс репрограммирования может влиять на эпигенетические характеристики ИПСК, которые могут отличаться от таковых у ЭСК. По этой причине исследование изменений, происходящих в клетках в процессе дедифференцировки, а также поиск путей увеличения эффективности репрограммирования и качества получаемых плюрипотентных клеток являются чрезвычайно актуальными.

Существует ряд направлений, по которым ведется поиск способов увеличения эффективности репрограммирования. Одним из таковых является временное подавление экспрессии определенных генов в процессе репрограммирования клеток с помощью РНК-интерференции. Другим перспективным подходом является усовершенствование условий культивирования после индукции факторов репрограммирования, например, путем добавления в среду определенных фармакологических агентов. В рамках этого подхода для клеток подбираются условия, благоприятствующие протеканию процессов дедифференцировки, которые, соответственно, повышают эффективность репрограммирования, модифицируя используемые протоколы. Известно, что метаболизм клетки вовлечен в регуляцию процессов её роста, дифференцировки и дедифференцировки через

соответствующую активацию анаболических или катаболических процессов, клеточного дыхания, окислительно-восстановительного баланса и эпигенетических модификаций генома [4 - 7].

В настоящей работе исследуется роль комплекса I (К-1, также известного как НАДН-дегидрогеназный комплекс) электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) митохондрии и активных форм кислорода (АФК) в регуляции процессов репрограммирования, а также их влияние на эффективность данного процесса и качество получаемых ИПСК. К-1 представляет собой один из наиболее сложноорганизованных мультисубъединичных мембранных комплексов клетки, который включает 45 белковых субъединиц. В составе ЭТЦ митохондрий этот комплекс участвует в генерации трансмембранного протонного градиента, используемого для синтеза АТФ. Функции каждой из субъединиц необходимы для сборки и работы К-1, однако их вклад в регуляцию активности этого комплекса, а также во внутриклеточные процессы за пределами митохондрии остаются в значительной степени неизученными. В данной работе исследуются биологические функции в клеточном репрограммировании двух субъединиц К-1 - основной (центральной) субъединицы, обеспечивающей перенос электронов от

НАДН на убихинон, и вспомогательной субъединицы мембранного домена, N^^10, необходимой для сборки и функционирования комплекса. На сегодняшний день данные субъединицы являются наиболее изученными в плане их участия в регуляции различных клеточных процессов в модельном организме -дрозофилы. Однако их роль в регуляции клеточных процессов у млекопитающих, включая процессы дифференцировки и репрограммирования, остается неисследованной. Известно, что в процессе репрограммирования клеток снижается удельный объем митохондрий, существенно изменяется их морфология, включая уменьшение площади внутренней мембраны [4, 6, 8], что свидетельствует о снижении активности ЭТЦ митохондрий и уменьшении их вклада в общий энергетический метаболизм клетки. В процессе клеточного репрограммирования происходит переключение метаболического потока от окислительного фосфорилирования (ОхРИоб), свойственного дифференцированным клеткам, на аэробный гликолиз, характерный для ПСК. Можно предположить, что на определенных стадиях репрограммирования подавление активности дыхательной

цепи митохондрии может способствовать более эффективному протеканию данного процесса. В свою очередь, активность ЭТЦ регулирует потенциал внутренней мембраны митохондрий, а также уровень продукции АТФ и АФК, которые играют важную роль в клеточном сигналинге. На сегодняшний день оставался невыясненным вопрос о роли К-1 дыхательной цепи митохондрии и митохондриальных АФК (мтАФК) на различных стадиях клеточного репрограммирования. Можно предположить, что, воздействуя определенным образом на ЭТЦ дифференцированных клеток и/или уровни АФК на определенных стадиях процесса репрограммирования, можно регулировать эффективность данного процесса, а также повышать качество получаемых ИПСК.

Цель и задачи исследования

Цель: исследовать роль комплекса I ЭТЦ митохондрий и мтАФК в регуляции различных стадий процесса репрограммирования в плюрипотентное состояние.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести количественный анализ динамики изменения митохондриальной сети, уровней АФК и мембранного потенциала митохондрий на разных стадиях клеточного репрограммирования.

2. Охарактеризовать конструкции для подавления экспрессии субъединиц Кд^! и N^^10 К-1 в различных типах клеток мыши посредством РНК-интерференции. Проанализировать изменение уровней АФК при подавлении экспрессии этих субъединиц в различных типах клеток мыши.

3. Установить влияние подавления экспрессии и N^^10, а также фармакологического ингибирования К-1 на эффективность репрограммирования и характеристики получаемых ИПСК.

4. Установить стадии репрограммирования наиболее чувствительные к подавлению функции К-1 и изменению уровня АФК. Установить влияние мтАФК на процесс клеточного репрограммирования.

Основные положения, выносимые на защиту

1. На стадии инициации процесса репрограммирования фибробластов в плюрипотентное состояние происходит значительное увеличение объема митохондриальной сети, сопровождающееся ростом продукции мтАФК. Далее, на стадиях созревания и стабилизации, происходит постепенное и существенное уменьшение количества активных митохондрий, сопровождающееся повышением их мембранного потенциала и значительным снижением уровня мтАФК.

2. Роль К-1 заключается в положительной регуляции процесса репрограммирования фибробластов в ИПСК и субъединицы и МиАЬ10 К-1 необходимы для приобретения плюрипотентных свойств ИПСК.

3. Активность К-1 требуется на всех стадиях процесса репрограммирования, однако влияние этой активности проявляется в большей степени на стадии созревания и в меньшей - на стадии инициации.

4. Подавление экспрессии субъединиц или МиАЬ10, а также фармакологическое ингибирование активности К-1 приводит к повышению уровня мтАФК в различных типах клеток, в том числе в репрограммируемых. Избыточные уровни мтАФК на стадии инициации снижают эффективность репрограммирования, тогда как физиологические уровни АФК на стадиях созревания и стабилизации положительно регулируют этот процесс.

Научная новизна

Данные, полученные в ходе работы, являются новыми. Впервые показано, что подавление функции митохондриального комплекса I с помощью фармакологических агентов или генетических методов приводят к существенному снижению эффективности клеточного репрограммирования. Функция основной (N¿^51) и вспомогательной (N^^10) субъединиц К-1 в равной степени необходимы для полноценной работы комплекса в процессе клеточного репрограммирования. Впервые показано, что при нарушении функций данных субъединиц образуются ИПСК, которые, однако, не способны поддерживаться в плюрипотентном состоянии.

В работе впервые показана двойственная функция мтАФК на разных стадиях клеточного репрограммирования. Так, понижение уровня АФК с помощью

антиоксидантов на стадии инициации благоприятно влияет на ход репрограммирования. В то же время, понижение уровня АФК на последующих стадиях репрограммирования существенно снижает эффективность образования ИПСК. Впервые показано, что активность K-I требуется в течение всего процесса репрограммирования, при этом подавление этой активности при одновременной нейтрализации АФК блокирует образование ИПСК.

Впервые, с интервалом в 24 часа, была проведена количественная оценка митохондриальной сети в репрограммируемых клетках. Было обнаружено, что на 5 день репрограммирования происходит резкое и масштабное снижение количества активных митохондрий, которое сохранаяется до конца этого процесса. Полученные результаты подтверждают, что митохондриальная сеть претерпевает глобальные количественные изменения в ходе репрограммирования в направлении ее сокращения.

Практическое значение

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты могут быть использованы для улучшения протоколов получения ИПСК, что важно как для фундаментальных, так и для прикладных исследований в области регенеративной медицины.

Вклад автора

Вклад автора в получении результатов этой работы - определяющий. Основные результаты, представленные в работе, получены автором лично или при непосредственном участии автора. Планирование экспериментов, постановку задач, обсуждение результатов, а также подготовку публикаций проводили совместно с научным руководителем С.А. Синенко.

Апробация работы

1. 2016 International conference of cell technologies at the edge: research & practice/CTERP, Санкт-Петербург, 6 - 8 апреля, 2016. постерный доклад "Stress-induced function of Oct4 in murine smooth muscle cells: development of molecular biology tools to study stress induced reprogramming".

2. 2018 International conference of cell technologies at the edge: research & practice/CTERP, Москва, 11 - 13 апреля 2018, постерный доклад "Murine fibroblast cell lines, NIH-3T3 and STO, cannot be reprogrammed to pluripotent state".

3. Всероссийская с международным участием конференция «StemCellBio 2018» «Фундаментальная наука как основа клеточной технологии», Санкт Петербург, 15-17 ноября 2018, устный секционный доклад «Иммортализованные линии фибробластов мыши не способны репрограммироваться в плюрипотентные стволовые клетки».

4. IV Национальный конгресс по регенеративной медицине, 20 - 23 ноября 2019 года, Москва, постерный доклад «Получение регуляторных дендритных клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток мыши для их использования в моделях трансплантации тканей».

5. Volkswagenstiftung Status Symposium, 13-15 May 2019, Radebeul, Germany, постерный доклад "Intracellular serotonin suppresses cell reprogramming into pluripotent state".

6. V Национальный конгресс по регенеративной медицине, 23 - 25 ноября 2022 года, Москва, постерный доклад «Активность дыхательного K- I митохондрий необходима для репрограммирования клеток в плюрипотентное состояние: функции митохондриальных АФК при репрограммировании».

Финансовая поддержка работы. Основная часть работы выполнена при финансовой поддержке Российского Научного фонда, грант РНФ № 20-14-00242 «Функция NADH-дегидрогеназ комплекса I электрон-транспортной цепи митохондрии в поддержании клеточной плюрипотентности и дифференцировке». Начальные этапы исследования также были выполнены при поддержке грантов РНФ № 17-14-01407 «Роль и механизм действия KH-доменных факторов в плюрипотентных стволовых клетках» и № 14-50-00068 «Молекулярно-клеточные технологии для лечения социально значимых заболеваний».

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов исследования, обсуждения, выводов и списка литературы, содержащего 207 ссылок на первоисточники. Работа изложена на 149 страницах, содержит 41 рисунков и 0 таблиц.

Список публикаций по теме диссертационной работы

Статьи:

1. Skvortsova E.V., Sinenko S.A., Tomilin A.N. (2018) Immortalized murine fibroblast cell lines are refractory to reprogramming to pluripotent state. Oncotarget, 9, (81): 35241-35250. doi: 10.18632/oncotarget.26235.

2. Skvortsova E.V., Nazarov I.B., Tomilin A.N., Sinenko S.A. (2022) Dual Mode of Mitochondrial ROS Action during Reprogramming to Pluripotency. International Journal of Molecular Sciences. 23, 10924. doi.org/10.3390/ijms231810924

3. Sinenko S.A., Kuzmin A.A., Skvortsova E.V., Ponomartsev S.V., Efimova E., Bader M., Alenina N., Tomilin A.N. (2023) Tryptophan hydroxylase-2-mediated serotonin biosynthesis suppresses cell reprogramming into pluripotent state. International Journal of Molecular Sciences. 24, 4862 doi.org/10.3390/ijms24054862

4. Кузнецов А. В., Скворцова Е. В., Томилин А. Н., Цимоха А. С. (2024) Двойственное влияние хлорида лития на эффективность образования ИПСК мыши. Цитология, 66, 3, с. 234—241, doi: 10.31857/s0041377124030037

Тезисы:

1. Skvortsova E.V., Sinenko S.A., Tomilin A.N.: Murine fibroblast cell lines, NIH-3T3 and STO, cannot be reprogrammed to pluripotent state. Материалы международной конференции International conference of cell technologies at the edge: research & practice/CTERP (2018), Онтогенез, 2018; 49 (4): 45.

2. Скворцова Е.В., Синенко С.А., Томилин А.Н. Иммортализованные линии фибробластов мыши не способны репрограммироваться в плюрипотентные стволовые клетки. Сборник материалов всероссийской конференции с международным участием: StemCellBio - 2018 Фундаментальная наука как основа клеточной технологии 15-17 ноября Санкт-Петербург, 93

3. Скворцова Е.В., Синенко С. А., Зенин В.В., Томилин А.Н. Получение регуляторных дендритных клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток мыши для их использования в моделях трансплантации тканей. Научно-практический журнал «Гены & клетки», 2019, том XIV, № 3 приложение ISSN 23131829; 214-215.

4. Скворцова Е.В., Назаров И.Б., Аксенов Н.Д., Томилин А.Н., Синенко С.А. Активность дыхательного комплекса-I митохондрии необходима для репрограммирования клеток в плюрипотентное состояние: Функции митохондриальных АФК при репрограммировании. Научно-практический журнал «Гены & клетки», 2022, том XVII № 3, приложение ISSN 2313-1829; 211-212.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Стволовые клетки: классификация стволовых клеток

Термин «стволовая клетка» (СК) впервые был использован в биологии ещё А. Вейсманом в 1884 г. при описании непрерывности жизни, чтобы подчеркнуть родственную связь всего органического мира, представляемого в форме дерева, ствола. В 1915 г. русский ученый, член-корреспондент АН России, профессор А. А. Максимов определил родственные связи клеток в организме [9]. А. А. Максимов экспериментально обосновал гипотезу унитарной теории кроветворения, согласно которой все клетки крови образуются из единой предшественницы, в зависимости от конкретного микроокружения. Он описал морфологию и некоторые свойства гемопоэтической стволовой клетки, предположив, что она похожа на малый лимфоцит и назвал эту клетку мезенхимной. А. А. Максимов выделил четыре класса клеток в кроветворных тканях, по способности к дифференцировке: 1) стволовые клетки с неограниченной потентностью к дифференцировке; 2) полустволовые клетки с частично ограниченной потентностью развития; 3) клетки со строго ограниченной потентностью дифференцировки; 4) полностью дифференцированные клетки [10,11] Эта классификация в немного изменённом виде используется до сих пор.

Стволовые клетки - это клетки, которые являются предшественниками всех дифференцированных клеток многоклеточного организма. Более 220 известных типов клеток взрослого организма человека происходят из СК. Способность к дифференцировке в различные типы клеток или потентность - является главным свойством СК. Другим важным свойством СК является самообновление, заключающееся в длительном поддержании в недифференцированном состоянии.

1.1.1. Классы стволовых клеток по способности к дифференцировке

В зависимости от клеточной потентности или способности к дифференцировке выделяют следующие типы стволовых клеток [12].

1) Наиболее высокой потентностью обладают зиготы и бластомеры ранних морул, дающие начало всем тканям эмбриона и внеэмбриональным тканям (трофэктодерме и плаценте), они называются тотипотентными стволовыми клетками.

2) Клетки внутренней клеточной (ВКМ) массы бластоцисты - являются плюрипотентными стволовыми клетками, в отличие от тотипотентных СК данные клетки имеют более ограниченный потенциал дифференцировки, они способны дифференцироваться во все ткани взрослого организма, но неспособны к дифференцировке в клетки внеэмбриональных тканей [13]. Данные клетки получили название - эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) они были выделены и охарактеризованы двумя независимыми группами исследователей в 1981 г. [14, 15]. ЭСК обладают способностью к самообновлению и плюрипотентностью, т.е. способностью дифференцироваться во все ткани трех зародышевых листков (эктодермы, мезодермы и энтодермы), и в клетки зародышевого пути. Долгое время считалось, что ЭСК не способны давать внеэмбриональные ткани, однако было экспериментально показано, что в популяции ЭСК есть клетки, обладающие таким потенциалом [16].

3) По мере развития эмбриона и далее у взрослого организма дифференцировочный потенциал СК снижается, и основным типом СК являются мультипотентные стволовые клетки они также называются взрослые или постнатальные стволовые клетки. Мультипотентные СК, дают начало клеткам разных тканей в пределах одного зародышевого листка. Примерами таких клеток являются гемопоэтические стволовые клетки (ГСК), которые способны дифференцироваться во все типы клеток крови, а также мезенхимные стволовые клетки (МСК), дифференцирующиеся в остеобласты, хондроциты, миоциты и адипоциты. Мультипотентные клетки, поддерживаются в тканях организма на протяжении всей жизни, для них характерна локализация в определенных тканевых нишах, где они поддерживаются в митотически покоящемся состоянии (англ. quiescence) и делятся ассиметрически, способствуя возобновлению клеток зрелой ткани. МСК необходимы для обновления тканей и регенерации при их повреждении.

4) Ещё меньшим потенциалом дифференцировки обладают олигопотентные стволовые клетки, которые дифференцируются в близкие по свойствам типы клеток, например, общие лимфоидные предшественники клеток крови могут дифференцироваться во все клетки лимфоцитарной линии, но не могут дифференцироваться в клетки миелоидной линии.

5) Унипотентные клетки-предшественники, могут дифференцироваться только в один тип клеток. Примером таких клеток, являются стволовые клетки мужской и женской зародышевых линий, а также - миосателлитоциты, дифференцирующиеся в мышечные клетки [17]. Схема иерархии состояний стволовых клеток представлена на рис.1.1, из публикации [18].

Рис. 1.1. Классификация стволовых клеток млекопитающих на основании их потенциала дифференцировки [18]. М8С8 - МСК, ШС8 - ГСК, ШС8 - НСК, Б8С8 -фетальные СК.

1.1.2. Стволовые клетки, используемые в исследованиях и клеточных технологиях

В настоящее время в фундаментальных и прикладных исследованиях используют несколько типов стволовых клеток:

1) эмбриональные стволовые клетки (ЭСК),

2) плюрипотентные стволовые клетки, полученные переносом ядра (8СКТ),

3) индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК),

4) мезенхимные стволовые клетки (МСК).

Клетки каждого типа могут быть выделены или получены с помощью различных методов [19]. ЭСК мыши были впервые выведены в клеточную культуру из мышиных эмбрионов в 1981 г., двумя независимыми группами М. Эвансона и Г. Мартина [14], а группой Д. Томпсон в 1998 г. были получены ЭСК человека [13]. Свойствами данных клеток являются способности к неограниченной пролиферации и самообновлению, поддерживающим плюрипотентное состояние в культуральных условиях при отсутствии сигналов дифференцировки. Добавляя к среде определенные факторы, можно стимулировать дифференцировку этих клеток в различных требуемых направлениях.

Использование ЭСК открывает новые возможности фундаментальных исследований развития организмов, а также позволяет использовать их в разработке терапевтических средств для лечения заболеваний человека. Работа с плюрипотентными клетками в культуре даёт возможность исследования молекулярных механизмов процессов развития многоклеточных организмов от раннего эмбриона до старения, процессов морфогенеза, клеточной пролиферации, дифференцировки, старения и онкогенной трансформации [20, 21].

Одним из важных научных достижений конца 20 века стала разработка метода переноса ядра соматической клетки в денуклеированную яйцеклетку (англ. 8СКТ), наиболее известное как клонирование овцы Долли в 1996 г. с использованием ядра соматической клетки взрослой овцы. Таким образом, было показано, что факторы, находящиеся в цитоплазме тотипотентной клетки способны репрограммировать или перенастроить экспрессию генов в ядре в тотипотентное состояние, свойственное зиготе [22]. Данная активация плюрипотентных генов в ядре дифференцированной соматической клетки указала на наличие в цитоплазме яйцеклетки определенных факторов, способных вернуть геном клетки к тотипотентной стадии эмбриогенеза [23 - 25]. Данная технология нашла широкое использование в клонирование различных видов млекопитающих. В 2018 г. китайские ученые успешно клонировали двух самок макак с помощью метода 8СКТ, используя в качестве

источника ядер эмбриональные фибробласты [26]. Тем самым были созданы первые генетически идентичные приматы, представляющие большой интерес для экспериментальной медицины.

Исследования, показавшие возможность перепрограммирования ядра соматической клетки цитоплазмой яйцеклетки в плюрипотентное состояние, указали на наличие специфичных транскрипционных факторов, свойственных ПСК, которые способны активировать транскриптом и эпигеном клетки. В 2006 г. К. Такахаши и С. Яманака представили новый подход к репрограммированию соматических клеток млекопитающих в плюрипотентные стволовые клетки. В качестве кандидатов в факторы репрограммирования были отобраны 24 гена транскрипционных факторов (ТФ), из которых в результате были идентифицированы 4 гена, кодирующих ТФ: 0й4, 8ох2, КШ и с-Мус, эктопическая экспрессия которых в фибробластах мыши приводила к репрограммированию соматических клеток в ПСК. Данные клетки имели полное морфологическое и функциональное сходство с ЭСК и получили название - индуцированные ПСК (ИПСК). Далее этой же группой учёных было показано репрограммирование соматических клеток человека в ИПСК с помощью гомологичных ТФ человека: ОСТ4, 80X2, КЬБ4 и с-МУС [1, 5, 27]. В 2007 г. под руководством Дж. Томсона были получены ИПСК человека с помощью комбинации генов: 0й3/4, 8ох2, №по§ и Ып28 [28]. ИПСК были получены для многих видов млекопитающих. ИПСК крысы были получены раньше, чем выделены соответствующие ЭСК [29, 30]. На сегодняшний день были получены ИПСК различных видов млекопитающих: козы [31], кролика [32], свиньи [33], обезьяны (макаки резус) [34], хищных [35]. Также путем экспрессии плюрипотентных ТФ млекопитающих были получены частично репрограммированные ИПСК других эволюционных групп - птиц, рыб (рис. 1.2) [36], что указывает на высокую консервативность механизмов индукции и поддержания плюрипотентного состояния у билатерий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Скворцова Елена Вячеславовна, 2025 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors // Cell. 2006. Т. 126. № 4. С. 663-676., doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024.

2. Schiebinger G., et al. Optimal-Transport Analysis of Single-Cell Gene Expression Identifies Developmental Trajectories in Reprogramming // Cell. 2019. Т. 176. № 4. С. 928- 943.e22.

3. Theunissen T.W., Jaenisch R. Molecular Control of Induced Pluripotency // Cell Stem Cell. 2014. Т. 14. № 6. С. 720-734., doi.org/10.1016/j.stem.2014.05.002.

4. Folmes C.D., Nelson T.J., Martinez-Fernandez A., Arrell D.K., Lindor J.Z., Dzeja P.P., Ikeda Y., Perez-Terzic C., Terzic A Somatic Oxidative Bioenergetics Transitions into Pluripotency-Dependent Glycolysis to Facilitate Nuclear Reprogramming // Cell Metab. 2011. Т. 14. № 2. С. 264-271, doi: 10.1016/j.cmet.2011.06.011.

5. Karagiannis P., Takahashi K., Saito M., Yoshida Y., Okita K., Watanabe A., Inoue H., Yamashita J. K., Todani M., Nakagawa M., Osawa M., Yashiro Y., Yamanaka S., Osafune K. Induced Pluripotent Stem Cells and Their Use in Human Models of Disease and Development // Physiol Rev. 2019. Т. 99. № 1. С. 79-114., doi: 10.1152/physrev.00039.2017.

6. Prieto J., Ponsoda X., Belmonte J.C.I., Torres J. Mitochondrial dynamics and metabolism in induced pluripotency // Exp Gerontol. 2020. Т. 133. С. 110870., doi.org/10.1016/j.exger.2020.110870.

7. Sinenko S. A., Tomilin A. N. Metabolic control of induced pluripotency // Front Cell Dev Biol. 2024. Т. 11.

8. Panopoulos A.D., Yane, O., Rui, S., Kid, Y.S., Diep D., Tautenhahn R., Herrerias A., Batchelder E.M., Plongthongkum N., Lutz M., et al. The metabolome of induced pluripotent stem cells reveals metabolic changes occurring in somatic cell reprogramming // Cell Res. 2012. Т. 22. № 1. С. 168-177., doi: 10.1038/cr.2011.177.

9. Пальцев М. А., Терских В. В., Васильев А. В. Биология стволовых клеток и клеточные технологии // Медицина. 2009. Т. 1. С. 272.

10. Гаврилов О. К. История развития теории кроветворения и современная схема гемопоэза // В: Нормальное кроветворение и его регуляция. Москва: Медицина. 1976. С. 11-39.

11. Gary G., Alexander S. The Maximow 1909 centenary: a reappraisal // Cell Ther Transplant. 2009. T. 1. № 3. C. 31-34.

12. Zakrzewski W., Dobrzynski M., Szymonowicz M., Rybak Z. Stem cells: past, present, and future // Stem Cell Res Ther. 2019. T. 10. № 1. C. 68., doi:10.1186/S13287-019-1165-5.

13. Thomson J.A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall V.S., Jones J.M. Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts // Science (1979). 1998. T. 282. № 5391. C. 1145-1147., doi: 10.1126/science.282.5391.1145.

14. Evans M. J., Kaufman M. H. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos // Nature. 1981. T. 292. № 5819. C. 154-156., doi: 10.1038/292154a0.

15. Martin, G.R. Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1981. T. 78. № 12. C. 7634-7638.

16. Macfarlan T. S., Gifford W.D., Driscoll S., Lettieri K., Rowe H.M., Bonanomi D., Firth A., Singer O., Trono D., Pfaff S. Embryonic stem cell potency fluctuates with endogenous retrovirus activity // Nature. 2012. T. 487. № 7405. C. 57-63., doi: 10.1038/nature 11244.

17. Stadtfeld M., Hochedlinger K. Induced pluripotency: history, mechanisms, and applications // Genes Dev. 2010. T. 24. № 20. C. 2239-2263, doi: 10.1101/gad.1963910.

18. Forostyak O., Dayanithi G., Forostyak S. CNS regenerative medicine and stem cells // Opera Med Physiol. 2016. № 1. C. 69-76, doi: 10.20388/omp2016.001.0023.

19. Liu G., David B. T., Trawczynski M., Fessler R. G., Advances in Pluripotent Stem Cells: History, Mechanisms, Technologies and Applications // Stem Cell Rev Rep. 2020. T. 16. № 1. C. 3-32., doi.org/10.1007/s12015-019-09935-x

20. Jaenisch R., and Young R. Stem cells, the molecular circuitry of pluripotency and nuclear reprogramming // Cell. 2008. T. 132. № 4. C. 567-582., doi: 10.1016/j.cell.2008.01.015.

21. Lagarkova, M. A. Such Various Stem Cells // Biochemistry (Moscow). 2019. T. 84. № 3. C. 187-189., doi: 10.1134/S0006297919030015.

22. Campbell K. H., McWhir J., Ritchie W. A., Wilmut, I. Sheep cloned by nuclear transfer from a cultured cell line // Nature. 1996. T. 380. № 6569. C. 64-66., doi: 10.1038/380064a0.

23. García-Sancho M. Animal breeding in the age of biotechnology: the investigative pathway behind the cloning of Dolly the sheep // Hist Philos Life Sci. 2015. T. 37. № 3. C. 282-304, doi: 10.1007/s40656-015-0078-6.

24. Tada M., Takahama Y., Abe K., Nakatsuji N., Tada T. Nuclear reprogramming of somatic cells by in vitro hybridization with ES cells // Current Biology. 2001. T. 11. № 19. C. 1553-1558., doi:10.1016/S0960-9822(01)00459-6.

25. Do, J. T., Han, D. W., Gentile, L., Sobek-Klocke, I., Stehling, M., Lee, H. T., Schöler, H. R., (2007), Erasure of cellular memory by fusion with pluripotent cells., Stem cells, 25(4), 1013—1020, doi:10.1634/stemcells.2006-0691.

26. Liu Z., Cai Y., Wang Y., Nie Y., Zhang C., Xu Y., Zhang X., Lu Y., Wang Z., Poo M., Sun Q. Cloning of Macaque Monkeys by Somatic Cell Nuclear Transfer // Cell. 2018. T. 172. № 4. C. 881- 887.e7., doi: 10.1016/j.cell.2018.01.020.

27. Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors // Cell. 2007. T. 131 C. 861-872., doi 10.1016/j.cell.2007.11.019

28. Yu J., Vodyanik M.A., Smuga-Otto K., Antosiewicz-Bourget J., Frane J.L., Tian S., Nie J., Jonsdottir G.A., Ruotti V., Stewart R., Slukvin I.I, Thomson J.A. Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Human Somatic Cells // Science (1979). 2007. T. 318. № 5858. C. 1917-1920., doi:10.1126/science.1151526.

29. Liao J., Cui C., Chen S., Ren J., Chen J., Gao Y., Li H., Jia N., Cheng L., Xiao H., Xiao L. Generation of Induced Pluripotent Stem Cell Lines from Adult Rat Cells // Cell Stem Cell. 2009. T. 4. № 1. C. 11-15., doi: 10.1016/j.stem.2008.11.013.

30. Liskovykh M., Chuykin I., Ranjan A., Safina D., Popova E., Tolkunova E., Mosienko V., Minina J., Zhdanova N., Mullins J., Bader M., Alenina N., Tomilin A. Derivation, characterization, and stable transfection of induced pluripotent stem cells from Fischer344 rats // PLoS One. 2011. T. 6. № 11. C. e27345., doi: 10.1371/journal.pone.0027345.

31. Ren J., Pak Y., He L., Qian L., Gu Y., Li H., Rao L., Liao J., Cui C., Xu X., Zhou J., Ri H., Xiao L. Generation of hircine-induced pluripotent stem cells by somatic cell reprogramming // Cell Res. 2011. T. 21. № 5. C. 849-853., doi:10.1038/cr.2011.37.

32. Honda A., Hirose M., Hatori M., Matoba S., Miyoshi H., Inoue, K., Ogura A. Generation of induced pluripotent stem cells in rabbits: potential experimental models for human regenerative medicine // Journal of Biological Chemistry. 2010. T. 285. № 41. C. 31362-31369., doi: 10.1074/jbc.M110.150540.

33. Ezashi T., Telugu B.P., Alexenko A.P., Sachdev S., Sinha S., Roberts R.M., Derivation of induced pluripotent stem cells from pig somatic cells // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009. T. 106. № 27. C. 10993-10998, doi: 10.1073/pnas.0905284106.

34. Liu H., Zhu F., Yong J., Zhang P., Hou P., Li H., Jiang W., Cai J., Liu M., Cui K., Qu X., Xiang T., Lu D., Chi X., Gao G., Ji W., Ding M., Deng H. Generation of Induced Pluripotent Stem Cells from Adult Rhesus Monkey Fibroblasts // Cell Stem Cell. 2008. T. 3. № 6. C. 587-590., doi:10.1016/j.stem.2008.10.014.

35. Menzorov A. G. Pluripotent Stem Cells of Order Carnivora: Technical Perspective // Int J Mol Sci. 2023. T. 24. № 4. C. 3905., doi.org/10.3390/ijms24043905.

36. Rossello R.A., Chen C.C., Dai R., Howard J.T., Hochgeschwender U., Jarvis E.D. Mammalian genes induce partially reprogrammed pluripotent stem cells in non-mammalian vertebrate and invertebrate species // Elife. 2013. T. 2., doi: 10.7554/eLife.00036.

37. Sousa B.R., Parreira R.C., Fonseca E. A., Amaya M. J., Tonelli F. M. P., Lacerda S. M. S. N., Lalwani P., Santos A. K., Gomes K.N., Ulrich H., Kihara A. H., Resende R. R. Human adult stem cells from diverse origins: An overview from multiparametric immunophenotyping to clinical applications // Cytometry Part A. 2014. T. 85. № 1. C. 4377., doi: 10.1002/cyto.a.22402.

38. Mimeault M., and Batra S. K. Great Promise of Tissue-Resident Adult Stem// Progenitor Cells in Transplantation and Cancer Therapies. 2012. C. 171-186., doi: 10.1007/978-1-4614-2098-9_12.

39. Bock C., Kiskinis E., Verstappen G., Gu H., Boulting G., Smith Z.D., Ziller M., Croft G.F., Amoroso M.W., Oakley D.H. et al. Reference Maps of Human ES and iPS Cell

Variation Enable High-Throughput Characterization of Pluripotent Cell Lines // Cell. 2011. T. 144. № 3. C. 439-452., doi: 10.1016/j.cell.2010.12.032.

40. Shi Y., Inoue H., Wu J.C., Yamanaka S. Induced pluripotent stem cell technology: a decade of progress // Nat Rev Drug Discov. 2017. T. 16. № 2. C. 115-130., doi: 10.1038/nrd.2016.245.

41. Wu S. M., Hochedlinger K. Harnessing the potential of induced pluripotent stem cells for regenerative medicine // Nat Cell Biol. 2011. T. 13. № 5. C. 497-505., doi: 10.1038/ncb0511-497.

42. Feng B., Ng J. H., Heng J. C., Ng H. H. Molecules that promote or enhance reprogramming of somatic cells to induced pluripotent stem cells // Cell Stem Cell. 2009. T. 4. № 4. C. 301-312, doi: 10.1016/j.stem.2009.03.005.

43. Huangfu D., Osafune K., Maehr R., et al. Induction of pluripotent stem cells from primary human fibroblasts with only Oct4 and Sox2 // Nat Biotechnol. 2008. T. 26. № 11. C. 1269-1275., doi: 10.1038/nbt.1502.

44. Kim, J. B., Zaehres, H., Wu, G., et al. Pluripotent stem cells induced from adult neural stem cells by reprogramming with two factors // Nature. 2008. T. 454. № 7204. C. 646-650., doi: 10.1038/nature07061.

45. Pan G. J., Chang Z. Y., Schöler H. R., Pei D. Stem cell pluripotency and transcription factor Oct4 // Cell Res. 2002. T. 12. № 5-6. C. 321-329., doi: 10.1038/sj.cr.7290134

46. Tsai S. Y., Bouwman B. A., Ang Y. S. et al. Single transcription factor reprogramming of hair follicle dermal papilla cells to induced pluripotent stem cells // Stem Cells. 2011. T. 29. № 6. C. 964-971., doi: 10.1002/stem.649.

47. Hou P., Li Y., Zhang X., Liu C., Guan J., Li H., Zhao T., Ye J., Yang W., Liu K., Ge J., Xu J., Zhang Q., Zhao Y., Deng H. Pluripotent stem cells induced from mouse somatic cells by small-molecule compounds // Science. 2013. T. 341. № 6146. C. 651654., doi: 10.1126/science. 1239278.

48. Zhang R., Zhang L., Xie X. iPSCs and small molecules: a reciprocal effort towards better approaches for drug discovery // Acta Pharmacol Sin. 2013. T. 34. № 6. C. 765-776., doi: 10.1038/aps.2013.21.

49. Luo T, A small-molecule approach towards the Fountain of Youth: chemically induced pluripotent stem cells // Natl Sci Rev. 2022. T. 9. № 11., doi: 10.1093/nsr/nwac 181.

50. Mikkelsen T.S., Hanna J., Zhang,X, Ku, M., Wernig M., Schorderet P., Bernstein B. E., Jaenisch R., Lander E.S., Meissner A. Dissecting direct reprogramming through integrative genomic analysis // Nature. 2008a. T. 454. № 7200. C. 49-55., doi: 10.1038/nature07056.

51. Wang Y., Bi Y., Gao S. Epigenetic regulation of somatic cell reprogramming // Curr Opin Genet Dev. 2017. T. 46. C. 156-163., doi: 10.1016/j.gde.2017.07.002.

52. Lee J., Sayed N., Hunter A., Au K. F., Wong W. H., Mocarski E. S., Pera R. R., Yakubov E., Cooke J. P. Activation of innate immunity is required for efficient nuclear reprogramming // Cell. 2012. T. 151. № 3. C. 547-558., doi: 10.1016/j.cell.2012.09.034.

53. Li Z., Rana T. M. Using MicroRNAs to Enhance the Generation of Induced Pluripotent Stem Cells // Curr Protoc Stem Cell Biol. 2012. T. 20. № 1., doi: 10.1002/9780470151808.sc04a04s20.

54. Miyoshi N., Ishii H., Nagano H., Haraguchi N., Dewi D. L., Kano Y., Nishikawa S., Tanemura M., Mimori K., Tanaka F., Saito T., Nishimura J., Takemasa I., Mizushima T., Ikeda M., Yamamoto H., Sekimoto M., Doki Y., Mori M. Reprogramming of Mouse and Human Cells to Pluripotency Using Mature MicroRNAs // Cell Stem Cell. 2011. T. 8. № 6. C. 633-638., doi:10.1016/j.stem.2011.05.001.

55. Nakamura, N., Shi, X., Darabi, R., Li, Y. Hypoxia in Cell Reprogramming and the Epigenetic Regulations // Front Cell Dev Biol. 2021. T. 9., doi: 10.3389/fcell.2021.609984.

56. Pascale E., Caiazza C., Paladino M., Parisi S., Passaro F. and Caiazzo M. MicroRNA Roles in Cell Reprogramming Mechanisms // Cells. 2022. T. 11. № 6. C. 940., doi.org/ 10.3390/cells11060940.

57. Xie X., Fu Y., Liu J. Chemical reprogramming and transdifferentiation // Curr Opin Genet Dev. 2017. T. 46. C. 104-113., doi: 10.1016/j.gde.2017.07.003.

58. Meir Y.-J. J., Li G. Somatic Reprogramming—Above and Beyond Pluripotency // Cells. 2021. T. 10. № 11. C. 2888.

59. Jiang Y., Du M., Wu M., Zhu Y., Zhao X., Cao X., Li X, Long P., Li W., Hu B. Phosphatidic Acid Improves Reprogramming to Pluripotency by Reducing Apoptosis // Stem Cells Dev. 2016. T. 25. № 1. C. 43-54., doi: 10.1089/scd.2015.0159.

60. Li R., Liang J., Ni S., Zhou T., Qing X., Li H., He W., Chen J., Li F., Zhuang Q., et al., Mesenchymal-to-Epithelial Transition Initiates and Is Required for the Nuclear Reprogramming of Mouse Fibroblasts // Cell Stem Cell. 2010. T. 7. № 1. C. 51-63., doi: 10.1016/j.stem.2010.04.014.

61. Maherali N., Hochedlinger K. Tgf beta signal inhibition cooperates in the induction of iPSCs and replaces Sox2 and cMyc // Curr Biol. 2009. T. 19. № 20. C. 17181723.

62. Ebrahimi A. Sevinc K., Gurhan Sevinc G., Cribbs A. P., Philpott M., Uyulur F., et al. Bromodomain inhibition of the coactivators CBP/EP300 facilitate cellular reprogramming // Nat Chem Biol. 2019. T. 15. № 5. C. 519-528., doi:10.1038/s41589-019-0264-z

63. Onder T. T. Chromatin-modifying enzymes as modulators of reprogramming // Nature. 2012. T. 483. № 7391. C. 598-602.

64. Stadtfeld M., Maherali N., Breault D.T., Hochedlinger K. Defining molecular cornerstones during fibroblast to iPS cell reprogramming in mouse // Cell Stem Cell. 2008. T. 2. № 3. C. 230-240., doi: 10.1016/j.stem.2008.02.001.

65. Bhutani N., Brady J. J., Damian M., Sacco A., Corbel S. Y., Blau H. M. Reprogramming towards pluripotency requires AID-dependent DNA demethylation. // Nature. 2010. T. 463. № 7284. C. 1042-7., doi: 10.1038/nature08752

66. Hu X. Zhang L., Mao S. Q., L, Z., Chen J., Zhang R. R., et al. Tet and TDG Mediate DNA Demethylation Essential for Mesenchymal-to-Epithelial Transition in Somatic Cell Reprogramming // Cell Stem Cell. 2014. T. 14. № 4. C. 512-522., doi:10.1016/j.stem.2014.01.001

67. Hong H., Takahashi K., Ichisaka T., Aoi, T., Kanagawa O., Nakagawa M., et al. Suppression of induced pluripotent stem cell generation by the p53-p21 pathway // Nature. 2009. T. 460. № 7259. C. 1132-1135. doi:10.1038/nature08235

68. Liu L., Michowski W., Kolodziejczyk A. and Sicinski P. The cell cycle in stem cell proliferation, pluripotency and differentiation // Nat Cell Biol. 2019. T. 21. № 9. C. 1060-1067., doi: 10.1038/s41556-019-0384-4.

69. Marión R. M., Strati K., Li H., Murga M., Blanco R., Ortega S., et al. A p53-mediated DNA damage response limits reprogramming to ensure iPS cell genomic integrity // Nature. 2009. T. 460. № 7259. C. 1149-1153., doi:10.1038/nature08287

70. Utikal J., Polo J. M., Stadtfeld M., Maherali N., Kulalert W., Walsh R. M., et al. Immortalization eliminates a roadblock during cellular reprogramming into iPS cells // Nature. 2009. T. 460. № 7259. C. 1145-1148., doi:10.1038/nature08285.

71. Hansson J., Rafiee M. R., Reiland S., Polo J. M, Gehring J., Okawa S., Huber W., Hochedlinger K., Krijgsveld J. Highly coordinated proteome dynamics during reprogramming of somatic cells to pluripotency // Cell Rep. 2012. T. 2. № 6. C. 15791592., doi: 10.1016/j.celrep.2012.10.014

72. Polo J. M. Anderssen E., Walsh R. M., Schwarz B. A., Nefzger C. M., Lim S. M., et al. A molecular roadmap of reprogramming somatic cells into iPS cells // Cell. 2012. T. 151. № 7. C. 1617-1632., doi: 10.1016/j.cell.2012.11.039

73. Brambrink T. h gp. Sequential expression of pluripotency markers during direct reprogramming of mouse somatic cells // Cell Stem Cell. 2008. T. 2. № 2. C. 151-159.

74. Polo J. M. et al. Cell type of origin influences the molecular and functional properties of mouse induced pluripotent stem cells // Nat Biotechnol. 2010. T. 28. № 8. C. 848-855.

75. Sommer C. A., Stadtfeld, M., Murphy G. J., Hochedlinger K., Kotton D. N., and Mostoslavsky G. Induced pluripotent stem cell generation using a single lentiviral stem cell cassette // Stem Cells. 2009. T. 27. № 3. C. 543-549., doi:10.1634/stemcells.2008-1075

76. Ang Y.S., Tsai S.Y., Lee D.F., Monk J., Su, J., Ratnakumar K., Ding J., Ge Y., Darr H., Chang B., et al. Wdr5 Mediates Self-Renewal and Reprogramming via the Embryonic Stem Cell Core Transcriptional Network // Cell. 2011. T. 145. № 2. C. 183197., doi: 10.1016/j.cell.2011.03.003.

77. Bar S., Seaton L.R., Weissbein U., Eldar-Geva T., Benvenisty N. Global Characterization of X Chromosome Inactivation in Human Pluripotent Stem Cells // Cell Rep. 2019. T. 27. № 1. C. 20- 29.e3., doi: 10.1016/j.celrep.2019.03.019

78. Annesley S. J., Fisher P. R. Mitochondria in Health and Disease // Cells. 2019. T. 8. № 7. C. 680., doi: 10.3390/cells8070680.

79. Zhang Y-Z., Ouyang Y-C, Hou Y., Schatten H., Chen D-Y, Sun Q-Y., Mitochondrial behavior during oogenesis in zebrafish: A confocal microscopy analysis // Dev Growth Differ. 2008. T. 50. № 3. C. 189-201., doi: 10.1111/j.1440-169X.2008.00988.x.

80. Fiedorczuk K., Sazanov L. A. Mammalian Mitochondrial Complex I Structure and Disease-Causing Mutations // Trends Cell Biol. 2018. T. 28. № 10. C. 835-867.

81. Garcia C.J., Khajeh J., Coulanges E., Chen E. I-ju., Owusu-Ansah E. Regulation of Mitochondrial Complex I Biogenesis in Drosophila Flight Muscles // Cell Rep. 2017. T. 20. № 1. C. 264-278., doi.org/10.1016/j.celrep.2017.06.015.

82. Hirst J. Mitochondrial complex I // Annu Rev Biochem. 2013. T. 82. № 1. C. 551-575., doi: 10.1146/annurev-biochem-070511-103700.

83. Rhooms S. K., et al. Insights from Drosophila on mitochondrial complex I // Cell Mol Life Sci. 2020. T. 77. № 4. C. 607-618.

84. Arroum T., Borowski M.T., Marx N., Schmelter F., Scholz M., Psathaki O., Hippler M., Enriquez J. A., Busch K.B. Loss of respiratory complex I subunit NDUFB10 affects complex I assembly and supercomplex formation // Biol Chem. 2023. T. 404. № 5. C. 399-415.

85. Stroud DA., Surgenor E.E., Formosa L.E., Reljic B., Frazier A.E., Dibley M.G., Osellame L. D., Stait T., Beilharz T. H, Thorburn D. R., Salim A., Ryan M.T. Accessory subunits are integral for assembly and function of human mitochondrial complex I // Nature. 2016. T. 538. № 7623. C. 123-126., doi: 10.1038/nature19754.

86. Niemann B., Rohrbach S., Miller M.R., Newby D.E., Fuster V., Kovacic J.C. Oxidative Stress and Cardiovascular Risk: Obesity, Diabetes, Smoking, and Pollution: Part 3 of a 3-Part Series // J Am Coll Cardiol. 2017. T. 70. № 2. C. 230-251., doi: 10.1016/j.jacc.2017.05.043.

87. Scialo F., Fernandez-Ayala D. J., Sanz A. Role of Mitochondrial Reverse Electron Transport in ROS Signaling: Potential Roles in Health and Disease // Front Physiol. 2017. T. 8. C. 428., doi:10.3389/fphys.2017.00428.

88. Owusu-Ansah E., Yavari A., Mandal S., Banerjee U. Distinct mitochondrial retrograde signals control the G1-S cell cycle checkpoint // Nat Genet. 2008. T. 40. № 3. C. 356-361., doi: 10.1038/ng.2007.50.

89. Owusu-Ansah E., Banerjee U. Reactive oxygen species prime Drosophila haematopoietic progenitors for differentiation // Nature. 2009a. T. 461. № 7263. C. 537541., doi: 10.1038/nature08313.

90. Sinenko S.A., Starkova T.Y., Kuzmin A.A., Tomilin A.N. Physiological Signaling Functions of Reactive Oxygen Species in Stem Cells: From Flies to Man // Front. Cell Dev. Biol. 2021. T. 9, 714370. doi: 10.3389/fcell.2021.714370.

91. Sinenko S. A., Shim J., Banerjee U. Oxidative stress in the hematopoietic niche regulates the cellular immune response in Drosophila // EMBO Rep. 2012. T. 13. № 1.

92. Andrés C.M.C., Pérez de la Lastra J.M., Andrés Juan C., Plou F.J., Pérez-Lebeña E. Superoxide Anion Chemistry—Its Role at the Core of the Innate Immunity // Int J Mol Sci. 2023. T. 24. № 3. C. 1841., doi: 10.3390/ijms24031841.

93. Tahara E. B., Navarete F. D. T., Kowaltowski A. J. Tissue-, substrate-, and site-specific characteristics of mitochondrial reactive oxygen species generation // Free Radic Biol Med. 2009. T. 46. № 9. C. 1283-1297., doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2009.02.008.

94. Brieger K., Schiavone S., Miller Jr., F.J., Krause K.H. Reactive oxygen species: from health to disease // Swiss Med Wkly. 2012., doi.org/10.4414/smw.2012.13659.

95. Murphy M. P., How mitochondria produce reactive oxygen species // Biochem J. 2009. T. 417. № 1. C. 1-13., doi:10.1042/BJ20081386.

96. Valko M., Leibfritz D., Moncol J., Cronin M.T., Mazur M., Telser J. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease // Int J Biochem Cell Biol. 2007. T. 39. № 1. C. 44-84., doi.org/10.1016/j.biocel.2006.07.001.

97. Bedard K., Krause K.H. The NOX family of ROS-generating NADPH oxidases: physiology and pathophysiology // Physiol Rev. 2007. T. 87. № 1. C. 245-313., doi.org/10.1152/physrev.00044.2005.

98. Cimmino T. P., Ammendola R., Cattaneo F., Esposito G. NOX Dependent ROS Generation and Cell Metabolism // Int J Mol Sci. 2023. T. 24. № 3. C. 2086., doi: 10.3390/ijms24032086

99. Ushio-Fukai M. Compartmentalization of Redox Signaling Through NADPH Oxidase-Derived ROS // Antioxid Redox Signal. 2009. T. 11. № 6. C. 1289-1299.

100. Dahlgren C., Karlsson A. Respiratory burst in human neutrophils // J Immunol Methods. 1999. T. 232. № 1-2. C. 3-14.

101. Maraldi T., Angeloni C., Prata C., Hrelia S. NADPH Oxidases: Redox Regulators of Stem Cell Fate and Function // Antioxidants. 2021. T. 10. № 6. C. 973., 2021: 10.3390/antiox10060973

102. Lismont C., Revenco I., Fransen M. Peroxisomal Hydrogen Peroxide Metabolism and Signaling in Health and Disease // Int J Mol Sci. 2019. T. 20. № 15.

103. Andreyev A. Yu., Kushnareva Yu. E., Starkov A. A. Mitochondrial metabolism of reactive oxygen species // Biochemistry (Moscow). 2005. T. 70. № 2. C. 200-214.

104. Sies H., Jones D. P. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents // Nat Rev Mol Cell Biol. 2020. T. 21. № 7. C. 363-383.

105. Chance B., Sies H., Boveris A. Hydroperoxide metabolism in mammalian organs // Physiol Rev. 1979. T. 59. № 3. C. 527-605.

106. Gaetani G. F., Kirkman H. N., Mangerini R., Ferraris A. M. Importance of catalase in the disposal of hydrogen peroxide within human erythrocytes. // Blood. 1994. T. 84. № 1. C. 325-30.

107. Brigelius-Flohe R., Flohe L. Regulatory Phenomena in the Glutathione Peroxidase Superfamily // Antioxid Redox Signal. 2019.

108. Hanschmann E. M., Godoy J.R., Berndt C., Hudemann C., Horst Lillig C. Thioredoxins, glutaredoxins, and peroxiredoxins--molecular mechanisms and health significance: from cofactors to antioxidants to redox signaling // Antioxid Redox Signal. 2013. T. 19. № 13. C. 1539-1605., doi: 10.1089/ars.2012.4599

109. Tyuryaeva I., Lyublinskaya O. Expected and Unexpected Effects of Pharmacological Antioxidants // Int J Mol Sci. 2023. T. 24. № 11. C. 9303.

110. Yang G., et al. Hydrogen Sulfide Protects Against Cellular Senescence via S -Sulfhydration of Keap1 and Activation of Nrf2 // Antioxid Redox Signal. 2013. T. 18. № 15. C. 1906-1919.

111. Azad G. K., Tomar R. S. Ebselen, a promising antioxidant drug: mechanisms of action and targets of biological pathways // Mol Biol Rep. 2014. T. 41. № 8. C. 48654879., doi: 10.1007/s11033-014-3417-x.

112. Nogueira C. W., Barbosa N. V., Rocha J. B. T. Toxicology and pharmacology of synthetic organoselenium compounds: an update // Arch Toxicol. 2021. T. 95. № 4. C. 1179-1226., doi: 10.1007/s00204-021-03003-5.

113. Urbano A. M. Otto Warburg: The journey towards the seminal discovery of tumor cell bioenergetic reprogramming // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) -Molecular Basis of Disease. 2021. T. 1867. № 1. C. 165965., doi.org/10.1016/j.bbadis.2020.165965.

114. Lu H, Forbes RA, Verma A. Hypoxia-inducible factor 1 activation by aerobic glycolysis implicates the Warburg effect in carcinogenesis // J Biol Chem. 2002 T. 28, № 277(26):23111-5., doi: 10.1074/jbc.M202487200. Epub 2002 Apr 9. PMID: 11943784.

115. Mohyeldin A., Garzon-Muvdi T., Quinones-Hinojosa A., Oxygen in Stem Cell Biology: A Critical Component of the Stem Cell Niche // Cell Stem Cell. 2010. T. 7. № 2. C. 150-161., doi: 10.1016/j.stem.2010.07.007.

116. Varum S., Momcilovic O., Castro C., Ben-Yehudah A., Ramalho-Santos J., Navara C.S. Enhancement of human embryonic stem cell pluripotency through inhibition of the mitochondrial respiratory chain // Stem Cell Res. 2009. T. 3. № 2-3. C. 142-156., doi: 10.1016/j.scr.2009.07.002.

117. Folmes C.D., Dzeja P.P., Nelson T.J., Terzic A. Metabolic plasticity in stem cell homeostasis and differentiation // Cell Stem Cell. 2012. T. 11. № 5. C. 596-606, doi: 10.1016/j.stem.2012.10.002.

118. Westfall S.D., Sachde, S., Da, P., Hearn, L.B., Hannin, M., Roberts R.M., Ezashi T. Identification of oxygen-sensitive transcriptional programs in human embryonic stem cells // Stem Cells Dev. 2008. T. 17. № 5. C. 869-881., doi: 10.1089/scd.2007.0240.

119. Guppy M., Greiner E., Brand K., The role of the Crabtree effect and an endogenous fuel in the energy metabolism of resting and proliferating thymocytes // Eur J Biochem. 1993. T. 212. № 1. C. 95-99., doi: 10.1111/j.1432-1033.1993.tb17637.x.

120. Ying Q.-L., Wray J., Nichols J., Batlle-Morera L., Doble B., Woodgett J., Cohen P., Smith A. The ground state of embryonic stem cell self-renewal // Nature. 2008. T. 453. № 7194. C. 519-523., doi: 10.1038/nature06968.

121. Zhou W., Choi M., Margineantu D., Margaretha L., Hesson J., Cavanaugh C., Blau C.A., Horwitz M.S., Hockenbery D., Ware C., et al. HIF1alpha induced switch from bivalent to exclusively glycolytic metabolism during ESC-to-EpiSC/hESC transition // EMBO J. 2012. T. 31. № 9. C. 2103-2116., doi: 10.1038/emboj.2012.71.

122. Monteiro L. B., Davanzo G. G., de Aguiar C. F., Moraes-Vieira P. M.M, Using flow cytometry for mitochondrial assays // MethodsX. 2020. T. 7. C. 100938., doi.org/10.1016/j.mex.2020.100938.

123. Prigione A., Adjaye J. Modulation of mitochondrial biogenesis and bioenergetic metabolism upon in vitro and in vivo differentiation of human ES and iPS cells. // Int J Dev Biol. 2010. T. 54. № 11-12. C. 1729-41.

124. Suhr S. T. Chang E. A., Tjong J., Alcasid N., Perkins G. A., Goissis M. D., et al. Mitochondrial rejuvenation after induced pluripotency // PLoS One. 2010. T. 5. № 11. C. e14095., doi:10.1371/journal.pone.0014095

125. Baker N., Patel J., Khacho M. Linking mitochondrial dynamics, cristae remodeling and supercomplex formation: How mitochondrial structure can regulate bioenergetics // Mitochondrion. 2019. T. 49. C. 259-268.

126. Choi H. W. Kim J. H., Chung M. K., Hong Y. J., Jang H. S., Seo B. J. Mitochondrial and Metabolic Remodeling During Reprogramming and Differentiation of the Reprogrammed Cells // Stem Cells Dev. 2015. T. 24. № 11. C. 1366-1373., doi: 10.1089/scd.2014.0561

127. Lonergan T., Brenner C., Bavister B. Differentiation-related changes in mitochondrial properties as indicators of stem cell competence // J Cell Physiol. 2006. T. 208. № 1. C. 149-153.

128. Tsogtbaatar E., Landin C., Minter-Dykhouse K., and Folmes C. D. L. Energy Metabolism Regulates Stem Cell Pluripotency // Front Cell Dev Biol. 2020. T. 8. C. 87., doi: 10.3389/fcell.2020.00087

129. Seo B., Yoon S., Do J. Mitochondrial Dynamics in Stem Cells and Differentiation // Int J Mol Sci. 2018. T. 19. № 12. C. 3893.

130. Skvortsova E.V., Nazarov I.B., Tomilin A.N., Sinenko S.A., Dual Mode of Mitochondrial ROS Action during Reprogramming to Pluripotency // Int J Mol Sci. 2022. T. 23. № 18. C. 10924., doi.org/10.3390/ijms231810924.

131. Wang S., et al. Transient Activation of Autophagy via Sox2-Mediated Suppression of mTOR Is an Important Early Step in Reprogramming to Pluripotency // Cell Stem Cell. 2013. T. 13. № 5. C. 617-625.

132. Wu Y., et al. Autophagy and mTORC1 regulate the stochastic phase of somatic cell reprogramming // Nat Cell Biol. 2015. T. 17. № 6. C. 715-725.

133. Xiang G., Yang L., Long Q., Chen K., Tang H., Wu Y., et al. BNIP3L-dependent mitophagy accounts for mitochondrial clearance during 3 factors-induced somatic cell reprogramming // Autophagy. 2017. T. 13. № 9. C. 1543-1555., doi: 10.1080/15548627.2017.1338545

134. Wang L., Xu X., Jiang C., Ma G., Huang Y., Zhang H., et al. mTORC1- PGC1 axis regulates mitochondrial remodeling during reprogramming // FEBS J. 2020. T. 287. № 1. C. 108-121, doi: 10.1111/febs. 15024

135. Bolisetty S., Jaimes E. Mitochondria and Reactive Oxygen Species: Physiology and Pathophysiology // Int J Mol Sci. 2013. T. 14. № 3. C. 6306-6344.

136. Prieto J., Leon M., Ponsoda X., Sendra R., Bort R., Ferrer-Lorente R., et al. Early ERK1/2 activation promotes DRP1-dependent mitochondrial fission necessary for cell reprogramming // Nat Commun. 2016. T. 7. C. 11124., doi:10.1038/ncomms11124

137. Vazquez-Martin A., Cufi S., Corominas-Faja B., Oliveras-Ferraros C., Vellon L., and Menendez J. A. Mitochondrial fusion by pharmacological manipulation impedes somatic cell reprogramming to pluripotency: new insight into the role of mitophagy in cell stemness // Aging (Albany NY). 2012. T. 4. № 6. C. 393-401., doi:10.18632/aging.100465

138. Son M. J., Kwon Y., Son M. Y., Seol B., Choi H. S., Ryu S. W., et al. Mitofusins deficiency elicits mitochondrial metabolic reprogramming to pluripotency // Cell Death Differ. 2015. T. 22. № 12. C. 1957-1969., doi:10.1038/cdd.2015.43

140. Prieto J., et al. MYC Induces a Hybrid Energetics Program Early in Cell Reprogramming // Stem Cell Reports. 2018. T. 11. № 6. C. 1479-1492.

141. Bleier L., Wittig I., Heide H., Steger M., Brandt U., Drose S. Generator-specific targets of mitochondrial reactive oxygen species // Free Radic Biol Med. 2015. T. 78. C. 1-10., doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.10.511.

142. Kida Y. S. Kawamura T., Wei Z., Sogo T., Jacinto S., Shigeno A., et al. ERRs Mediate a Metabolic Switch Required for Somatic Cell Reprogramming to Pluripotency // Cell Stem Cell. 2015. T. 16. № 5. C. 547-555., doi:10.1016/j.stem.2015.03.001

143. Lunt S. Y., Heiden M. G. Vander. Aerobic Glycolysis: Meeting the Metabolic Requirements of Cell Proliferation // Annu Rev Cell Dev Biol. 2011. T. 27. № 1. C. 441464, doi: 10.1146/annurev-cellbio-092910-154237.

144. Prigione A., Fauler B., Lurz R., Lehrach H., Adjaye J. The senescence-related mitochondrial/oxidative stress pathway is repressed in human induced pluripotent stem cells // Stem Cells. 2010. T. 28. № 4. C. 721-733., doi.org/10.1002/stem.404.

145. Boekema E. J., Braun H.-P. Supramolecular structure of the mitochondrial oxidative phosphorylation system. // J Biol Chem. 2007. T. 282. № 1. C. 1-4.

146. Lee M. R., Mantel C., Lee S. A., Moon S. H., and Broxmeyer H. E. MiR-31/SDHA Axis regulates reprogramming efficiency through mitochondrial metabolism // Stem Cell. Rep. 2016. T. 7 №1, C. 1-10., doi: 10.1016/j.stemcr.2016.05.012

147. Martinez-Reyes I., Diebold L. P., Kong H., Schieber M., Huang H., Hensley C. T. et al. TCA cycle and mitochondrial membrane potential are necessary for diverse biological functions // Mol. Cell. 2016 T. 61 № 2, C. 199-209., doi:10.1016 /j.molcel.2015.12.002

148. Chung S., Dzeja P. P., Faustino R. S., Perez-Terzic C., Behfar A., Terzic A. Mitochondrial oxidative metabolism is required for the cardiac differentiation of stem cells // Nat Clin Pract Cardiovasc Med. 2007. T. 4 Suppl 1. C. S60-7., doi: 10.1038/ncpcardio0766

149. Bigarella C. L., Liang R., Ghaffari S. Stem cells and the impact of ROS signaling // Development. 2014. T. 141. № 22. C. 4206-4218., doi: 10.1242/dev.107086.

150. Yokota M., Hatakeyama H., Okabe S., Ono Y., Goto Y. Mitochondrial respiratory dysfunction caused by a heteroplasmic mitochondrial DNA mutation blocks cellular reprogramming // Hum Mol Genet. 2015. T. 24. № 16. C. 4698-4709., doi: 10.1093/hmg/ddv201.

151. Turner J., Quek L.E., Titmarsh D., Krömer J.O., Kao L.P., Nielsen L., Wolvetang E., Cooper-White J. Metabolic profiling and flux analysis of MEL-2 human embryonic stem cells during exponential growth at physiological and atmospheric oxygen concentrations // PLoS One. 2014. T. 9. № 11. C. e112757., doi: 10.1371/journal.pone.0112757.

152. Ivanova J. S., Lyublinskaya O. G. Redox Homeostasis and Regulation in Pluripotent Stem Cells: Uniqueness or Versatility? // Int J Mol Sci. 2021. T. 22. № 20. C. 10946.

154. Suda T., Takubo K., Semenza G. L. Metabolic regulation of hematopoietic stem cells in the hypoxic niche // Cell Stem Cell. 2011. T. 9. № 4. C. 298-310.

155. Zhao R.Z., Jiang S., Zhang L., Yu Z.B. Mitochondrial electron transport chain, ROS generation and uncoupling (Review) // Int J Mol Med. 2019., doi.org/10.3892/ijmm.2019.4188.

156. Gomes A. P., Price N. L., Ling A. J. Y., Moslehi J. J., Montgomery M. K., Rajman L., White J. P., Teodoro J. S., Wrann C. D., Hubbard B. P. et al. Declining NAD+ Induces a Pseudohypoxic State Disrupting Nuclear-Mitochondrial Communication during Aging // Cell. 2013. T. 155. № 7. C. 1624-1638., doi: 10.1016/j.cell.2013.11.037.

157. Zhou G., Meng S., Li Y., Ghebre Y.T., Cooke J.P. Optimal ROS Signaling Is Critical for Nuclear Reprogramming // Cell Rep. 2016. T. 15. № 5. C. 919-925., doi: 10.1016/j.celrep.2016.03.084.

158. Hawkins K. E. Joy S., Delhove J. M., Kotiadis V. N., Fernandez E., Fitzpatrick L. M., et al. NRF2 Orchestrates the Metabolic Shift during Induced Pluripotent Stem Cell Reprogramming // Cell Rep. 2016. T. 14. № 8. C. 1883-1891., doi:10.1016/j.celrep.2016.02.003

159. Mathieu J., Zhou W., Xing Y., Sperber H., Ferreccio A., Agoston Z., et al. Hypoxia-inducible factors have distinct and stage-specific roles during reprogramming of human cells to pluripotency // Cell Stem Cell. 2014. T. 14. № 5. C. 592-605., doi:10.1016/j.stem.2014.02.012

160. Chandel N. S., McClintock D. S., Feliciano C. E., Wood T. M., Melendez J. A., Rodriguez A. M., Schumacker P. T. Reactive oxygen species generated at mitochondrial complex III stabilize hypoxia-inducible factor-1alpha during hypoxia: a mechanism of O2 sensing // J Biol Chem. 2000. T. 275. № 33. C. 25130-25138., doi: 10.1074/jbc.M001914200

161. Ji J. Sharma V., Qi S., Guarch M. E., Zhao P., Luo Z., et al. Antioxidant supplementation reduces genomic aberrations in human induced pluripotent stem cells // Stem Cell Reports. 2014. T. 2. № 1. C. 44-51., doi:10.1016/j.stemcr.2013.11.004

162. Armstrong L. Tilgner K., Saretzki G., Atkinson S.P., Stojkovic M., Moreno R., Przyborski S., Lako M. Human induced pluripotent stem cell lines show stress defense mechanisms and mitochondrial regulation similar to those of human embryonic stem cells // Stem Cells. 2010. T. 28. № 4. C. 661-673., doi: 10.1002/stem.307

163. Zhang C., et al. Biological Significance of the Suppression of Oxidative Phosphorylation in Induced Pluripotent Stem Cells // Cell Rep. 2017. T. 21. № 8. C. 20582065.

164. Niwa H., Ogawa K., Shimosato D., Adachi K., A parallel circuit of LIF signalling pathways maintains pluripotency of mouse ES cells // Nature. 2009. T. 460. № 7251. C. 118-122., doi: 10.1038/nature08113.hj

165. Okada M., Oka M., Yoneda Y. Effective culture conditions for the induction of pluripotent stem cells // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 2010. T. 1800. № 9. C. 956-963., doi: 10.1016/j.bbagen.2010.04.004.

166. Buehr M., Meek S., Blair K., Yang J., Ure J., Silva J., McLay R., Hall J., Ying Qi-L., Smith A. Capture of Authentic Embryonic Stem Cells from Rat Blastocysts // Cell. 2008. T. 135. № 7. C. 1287-1298.

167. Ying Z., et al. Short-Term Mitochondrial Permeability Transition Pore Opening Modulates Histone Lysine Methylation at the Early Phase of Somatic Cell Reprogramming // Cell Metab. 2018. T. 28. № 6. C. 935- 945 e6.

168. Jozefczuk J., Drews K., Adjaye J., Preparation of Mouse Embryonic Fibroblast Cells Suitable for Culturing Human Embryonic and Induced Pluripotent Stem Cells // Journal of Visualized Experiments. 2012. № 64., doi:10.3791/3854.

169. Brook F., Gardner R. The origin and efficient derivation of embryonic stem cells in the mouse // Proceedings of the National Academy of Sciences. 1997. T. 94. № 11. C. 5709-5712., doi: 10.1073/pnas.94.11.5709.

170. Koch K., Son K-H., Maehr R, Pellicciotta I, Ploegh H, Zanetti M., Sell S., Leffert H. Immune-privileged embryonic Swiss mouse STO and STO cell-derived progenitor cells: major histocompatibility complex and cell differentiation antigen expression patterns resemble those of human embryonic stem cell lines // Immunology. 2006. T. 119. № 1. C. 98-115., doi:10.1111/j.1365-2567.2006.02412.

171. Murakami T., Saitoh I., Inada E., Kurosawa M., Iwase Y., Noguchi H., Terao Y., Yamasaki Y., Hayasaki H, Sato M. STO Feeder Cells Are Useful for Propagation of Primarily Cultured Human Deciduous Dental Pulp Cells by Eliminating Contaminating Bacteria and Promoting Cellular Outgrowth // Cell Med. 2013. T. 6. № 1-2. C. 75-81., doi.org/10.3727/215517913X674234.

172. Park J., Kim S., Oh E., Moon S., Roh, S., Kim C., Yoon H. Establishment and Maintenance of Human Embryonic Stem Cells on STO, a Permanently Growing Cell Linel // Biol Reprod. 2003. Т. 69. № 6. С. 2007-2014., doi: 10.1095/biolreprod.103.017467.

173. Malm M., Saghaleyni R., Lundqvist M, Giudici M., Chotteau V., Field R., Varley P., Hatton D., Grassi L., Svensson T., et al. Evolution from adherent to suspension: systems biology of HEK293 cell line development // Sci Rep. 2020. Т. 10. № 1. С. 18996., doi.org/10.1101/2020.01.29.924894.

174. Pulix M., Lukashchuk V., Smith D., Dickson A. (2021). Molecular characterization of HEK293 cells as emerging versatile cell factories // Curr Opin Biotechnol. 2021. Т. 71. С. 18-24., doi.org/10.1016/j.copbio.2021.05.001.

175. Пинаев Г. П., Полянская Г. Г. Создание и развитие Российской коллекции клеточных культур человека, животных и растений // Клеточные культуры. Информационный бюллетень. 2010. Т. 61. № 26. С. 3.

176. Кузнецов А. В., Скворцова Е. В., Томилин А. Н., Цимоха А. С. Двойственное влияние хлорида лития на эффективность образования ИПСК мыши // Цитология. 2024. Т.66. № 3. С. 234—241. doi: 10.31857/s0041377124030037.

177. Sinenko S.A., Kuzmin A.A., Skvortsova E.V., Ponomartsev S.V., Efimova E.V., Bader M., Alenina N., Tomilin A. N. Tryptophan hydroxylase-2-mediated serotonin biosynthesis suppresses cell reprogramming into pluripotent state // Int. J. Mol. Sci. 2023. Т. 24. № 4862. doi.org/10.3390/ijms24054862.

178. Gao J., Yan X.L., Li R., Liu Y., He W., Sun S., Zhang Y., Liu B., Xiong J., Mao N. Characterization of OP9 as authentic mesenchymal stem cell line // J Genet Genomics. 2010. Т. 37. № 7. С. 475-482, doi.org/10.1016/S1673-8527(09)60067-9.

179. Nakano T., Kodama H., Honjo T. Generation of Lymphohematopoietic Cells from Embryonic Stem Cells in Culture // Science 1994. Т. 265. № 5175. С. 1098-1101., doi: 10.1126/science.8066449.

180. Skvortsova E. V., Sinenko S. A., Tomilin A. N. Immortalized murine fibroblast cell lines are refractory to reprogramming to pluripotent state // Oncotarget. 2018. Т. 9. № 81.

181. Moffat J., Grueneberg D., Yang X., Kim So, Y., Kloepfer A., Hinkle G., Piqani B., Eisenhaure T., Luo B., Grenier J., Carpenter A., Foo S., Stewart S, Stockwell B., Hacohen N, Hahn W., Lander E., Sabatini D., Root D. A Lentiviral RNAi Library for

Human and Mouse Genes Applied to an Arrayed Viral High-Content Screen // Cell. 2006. T. 124. № 6. C. 1283-1298., doi: 10.1016/j.cell.2006.01.040.

182. Malashicheva, A., Kanzler, B., Tolkunova, E., Trono, D., Tomilin, A. (2007). Lentivirus as a tool for lineage-specific gene manipulations // Genesis. 2007. T. 45. № 7. C. 456-459., doi.org/10.1002/dvg.20313.

183. Wiznerowicz M., Trono D. Conditional Suppression of Cellular Genes: Lentivirus Vector-Mediated Drug-Inducible RNA Interference // J Virol. 2003. T. 77. № 16. C. 8957-8961., doi: 10.1128/jvi.77.16.8957-8951.2003.

184. Somers A., Jean J.C., Sommer C. A., Omari A., Ford C.C., Mills J. A., Ying L., Sommer A. G., Jean J. M., Smith B.W., Lafyatis R., Demierre M. F., Weiss D. J., et al. Generation of transgene-free lung disease-specific human induced pluripotent stem cells using a single excisable lentiviral stem cell cassette // Stem Cells. 2010. T. 28. № 10. C. 1728-1740., doi.org/10.1002/stem.495.

185. Carey B. W., Markoulaki S., Hanna J., Saha K., Gao Q., Mitalipova M., Jaenisch R. Reprogramming of murine and human somatic cells using a single polycistronic vector // Proc Natl Acad Sci U S A. 2009. T. 106. № 1. C. 157-162., doi: 10.1073/pnas.0811426106

186. Tang Y., Garson K., Li L., Vanderhyden B. C. Optimization of lentiviral vector production using polyethylenimine-mediated transfection // Oncol Lett. 2015. T. 9. № 1. C. 55-62., doi.org/10.3892/ol.2014.2684.

187. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature. 1970. T. 227. № 5259. C. 680-685.

188. Mukhopadhyay P., Rajesh M., Kashiwaya Y., Hasko G., and Pacher P. Simple quantitative detection of mitochondrial superoxide production in live cells // Biochem Biophys Res Commun. 2007. T. 358. № 1. C. 203-208., doi: 10.1016/j.bbrc.2007.04.106.

189. Robinson K.M., Janes M.S., Pehar M., Monette J.S., Ross M.F., Hagen T.M., Murphy M.P., Beckman J.S. Selective fluorescent imaging of superoxide in vivo using ethidium-based probes // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. T. 103. № 41. C. 15038-15043., doi:10.1073/PNAS.0601945103.

190. Lyublinskaya O.G., Zenin V.V., Shatrova A.N., Aksenov N.D., Zemelko V.I., Domnina A.P., Litanyuk A.P., Burova E.B., Gubarev S.S., Negulyaev Y.A., Nikolsky N.N. Intracellular oxidation of hydroethidine: Compartmentalization and cytotoxicity of

oxidation products // Free Radic Biol Med. 2014. Т. 75. С. 60-68., doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.07.008.

191. Zielonka J., Kalyanaraman B. Hydroethidine- and MitoSOX-derived red fluorescence is not a reliable indicator of intracellular superoxide formation: Another inconvenient truth // Free Radic Biol Med. 2010. Т. 48. № 8. С. 983-1001., doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2010.01.028.

192. Chazotte B. Labeling Mitochondria with MitoTracker Dyes // Cold Spring Harb Protoc. 2011a. Т. 2011. № 8. С. pdb. prot5648.

193. Puleston D. Detection of Mitochondrial Mass, Damage, and Reactive Oxygen Species by Flow Cytometry // Cold Spring Harb Protoc. 2015. Т. 2015. № 9. С. pdb.prot086298., doi: 10.1101/pdb.prot086298.

194. Buravkov S. V., Pogodina M. V., Buravkova L. B. Comparison of Mitochondrial Fluorescent Dyes in Stromal Cells // Bull Exp Biol Med. 2014. Т. 157. № 5. С. 654-658., doi 10.1007/s10517-014-2637-3.

195. Zorova L. D., Popkov V.A., Plotnikov E. Y., Silachev D. N., Pevzner I. B., Jankauskas S. S., Babenko V. A., Zorov S. D., Balakireva A. V., Juhaszova M., Sollott S. J., Zorov D. B. Mitochondrial membrane potential // Anal Biochem. 2018. Т. 552. С. 5059., doi: 10.1016/j.ab.2017.07.009.

196. Chazotte B. Labeling Mitochondria with JC-1 // Cold Spring Harb Protoc. 2011b. Т. 2011. № 9. С. pdb. prot065490.

197. Biasi S. De, Gibellini L., Cossarizza A. Uncompensated Polychromatic Analysis of Mitochondrial Membrane Potential Using JC-1 and Multilaser Excitation // Curr Protoc Cytom. 2015. Т. 72. № 1.

198. Седова Г. П. Количественные аспекты злокачественного роста. Математическая морфология. //Электронный математический и медико-биологический журнал. 2008. Т 7. № 2.

199. Koltsova, A.M., Zenin, V.V., Yakovleva, T.K. et al Characterization of a novel mesenchymal stem cell line derived from human embryonic stem cells // Cell tissue biol. 2016. Т. 10. № 1. С. 1-9., doi.org/10.1134/S1990519X16010065.

200. Chantzoura E., Skylaki S., Menendez S., Kim S., Johnsson A., Linnarsson S., Woltjen K., Chambers I., Kaji K. Reprogramming Roadblocks Are System Dependent // Stem Cell Reports. 2015. Т. 5. № 3. С. 350-364., doi: 10.1016/j.stemcr.2015.07.007

201. Sinenko S.A., Hung T., Moroz T., Tran Q.M., Sidhu S., Cheney M.D., Speck N.A., Banerjee U. Genetic manipulation of AML1-ETO-induced expansion of hematopoietic precursors in a Drosophila model // Blood. 2010. T. 116. № 22., doi: 10.1038/embor.2011.223.

202. Sullivan L. B. et al. Supporting Aspartate Biosynthesis Is an Essential Function of Respiration in Proliferating Cells // Cell. 2015. T. 162. № 3. C. 552-563.

203. Mandal S., Lindgren A. G., Srivastava A. S., Clark A. T., Banerjee U. Mitochondrial function controls proliferation and early differentiation potential of embryonic stem cells // Stem Cells. 2011. T. 29. № 3. C. 486-495., doi: 10.1002/stem.590

204. Carey B. W., Markoulaki S., Beard C., Hanna J., Jaenisch R. Single-gene transgenic mouse strains for reprogramming adult somatic cells // Nat Methods. 2010. T. 7. № 1. C. 56-59. doi: 10.1038/nmeth.1410

205. Papapetrou E. P., Tomishima M. J., Chambers S. M., Mica Y., Reed E., Menon J., Tabar V., Mo Q., Studer L., Sadelain M. Stoichiometric and temporal requirements of Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc expression for efficient human iPSC induction and differentiation // Proc Natl Acad Sci U S A. 2009. T. 106. № 31. C. 12759-12764., doi: 10.1073/pnas.0904825106

206. Plath K., Lowry W. E. Progress in understanding reprogramming to the induced pluripotent state // Nat Rev Genet. 2011. T. 12. № 4. C. 253-265.

207. Ivanova J.S., Lyublinskaya O.G. Cell cycle-coupled changes in the level of reactive oxygen species support the proliferation of human pluripotent stem cells // Stem Cells. 2021., doi:10.3390/ijms222010946.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, Сергею Анатольевичу Синенко. Большая часть навыков по работе с клеточными культурами и репрограммированию клеток, которые легли в основу данной диссертационной работы автор перенял у своего научного руководителя. Сергей Анатольевич помогал работать с литературой, направлял и оказывал помощь в написании диссертационной работы.

Автор благодарен директору института Цитологии, руководителю лаборатории Молекулярной биологии стволовых клеток Томилину Алексею Николаевичу, за создание научной атмосферы, за возможность работать в актуальной интересной теме, в современной лаборатории, в коллективе высококвалифицированных специалистов и творческих людей.

Автор признателен своим коллегам: Назарову Игорю Борисовичу, Пономарцеву Сергею Вячеславовичу, Старковой Татьяне Юрьевне, Цимохе Анне Сергеевне, Чихиржиной Елене Всеволодовне, Кузьмину Андрею Анатольевичу, Бахмету Евгению Игоревичу за высокий профессионализм, за возможность обсуждения результатов, за научную атмосферу и дружеское участие.

Автор благодарен сотрудникам группы проточной цитометрии: Зенину Валерию Всеволодовичу, Аксёнову Николаю Дмитриевичу и Шатровой Алле Николаевне за наставничество и представление метода проточной цитометрии, за огромный терпеливый труд, за ценные комментарии и обсуждения в ходе работы.

Автор благодарен всем сотрудникам и заведующему лабораторией Биохимических основ репродукции клетки д. б. н. глубокоуважаемому Владимиру Иосифовичу Воробьеву, за прекрасное начало научного академического пути.

Автор благодарен своей семье за уважение, тепло и моральную поддержку. Автор безмерно благодарен супругу Скворцову Алексею Николаевичу, который в полной мере разделил все волнения, трудности и радости достижений.