Клетки, образующиеся при первом делении оплодотворенной яйцеклетки, вносят асимметричный вклад в формирование органов и тканей организма.
Две клетки, из которых состоит однодневный человеческий эмбрион, на первый взгляд могут показаться идентичными. Но опубликованное на днях в журнале Cell исследование показывает, что большая часть человеческого тела формируется только из одной из этих клеток - это открытие может помочь увеличить процент успеха процедур экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
Работа показывает, что самое первое деление оплодотворенной яйцеклетки настраивает образовавшиеся клетки на разную судьбу, прокладывая путь к сложной структуре полностью развитого плода.
«Это большой шаг вперед», - говорит биолог Али Бриванлу из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, добавляя, что клинические последствия будут становиться все более очевидными по мере развития исследований. «У меня сердце радуется, когда я вижу, что мы подошли к тому моменту, когда можно задавать вопросы о специфических для человека чертах в нашем собственном развитии, а не обобщать их на основе модельных организмов».
Исследователи долгое время считали, что все клетки в зиготах млекопитающих - оплодотворенных яйцеклетках и эмбрионах, состоящих менее чем из 16 клеток, - идентичны и начинают специализироваться только на более поздних этапах развития. В конце концов, зиготы, разделившиеся на два отдельных эмбриона после нескольких клеточных делений, все равно могут превратиться в однояйцевых близнецов.
Но в 2001 году биолог по проблемам развития Магдалена Зерницка-Гетц, работающая сейчас в Калифорнийском технологическом институте, опубликовала работу, в которой показала, что первые две клетки в эмбрионе мыши отличаются друг от друга. Одна из этих двух клеток делится на клетки-потомки, которые в основном и составляют большую часть мышиного зародыша, в то время как потомки другой клетки формируют желточный мешок. Зерницка-Гетц давно хотела узнать, так ли это и у людей. «Я мечтала понять, как клетки определяют свою судьбу и как начинает развиваться сложность жизни», - рассказывает она. Но это оказалось трудно изучить: эмбрионы, полученные в клиниках ЭКО, обычно содержат десятки клеток.
Зерницка-Гетц нашла клинику ЭКО, которая предоставила ее лаборатории 54 оплодотворенные яйцеклетки, которые еще не полностью завершили свое первое деление, в результате которого образуются две клетки, называемые бластомерами. Исследователи позволили оплодотворенным яйцеклеткам разделиться в лаборатории и пометили одну из полученных бластомер флуоресцентным белком. Это позволило им отслеживать потомков каждой бластомеры по мере развития эмбриона.
Исследователи выращивали эмбрионы в культуре в течение четырех-пяти дней, пока они не начали формировать четкие структуры. Анализ показал, что большинство клеток в структуре, которая станет плодом, происходят из бластомеры, которая делилась быстрее. Потомство бластомеры, которая делилась медленнее, как правило, превращалось в желточный мешок. По словам Зерницкой-Гетц, корреляция не была точной: эти первые две клетки лишь «предрасположены» к формированию той или иной системы, а судьба их потомков решается только на более поздних этапах развития. Бриванлу был удивлен таким ранним проявлением асимметрии, но говорит, что она имеет смысл, учитывая, насколько сложным в итоге становится человеческое тело.
«Чем больше мы изучаем это, тем больше я понимаю, что жизнь состоит из непрерывного нарушения симметрии», - говорит он.
Пока неясно, чем вызвана асимметрия. У мышей место, в котором сперматозоид попадает в яйцеклетку, влияет на то, как она делится, а Зерницка-Гетц говорит, что на баланс могут влиять и другие факторы, например, структура хромосом в яйцеклетке. По словам Зерницкой-Гетц, знание того, какие клетки с большей вероятностью образуют зародыш, позволит клиникам ЭКО лучше отбирать эмбрионы, чтобы найти те, которые с наибольшей вероятностью приведут к успешной беременности. «Если мы сможем понять, что именно в этот период является наиболее хрупким, некоторые потери можно будет предотвратить». По ее мнению, трудно предсказать, как ранняя асимметрия повлияет на последующее развитие человеческого организма, но, скорее всего, это влияние будет очень длительным.
Источник: Nature news, 13 May 2024