Биологи восстановили «часы сегментации»

Японские исследователи с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) смогли более подробно описать «часы сегментации» тела эмбриона — последовательность процессов, приводящих к формированию органов и тканей и созданию из оплодотворенной яйцеклетки нового представителя человеческого рода. Опубликованное в журнале Nature исследование поможет пересмотреть ряд аспектов эмбрионального развития человека и других сложных биологических процессов.

Начиная с первого деления оплодотворенной яйцеклетки сложная сеть белков и генов взаимодействует друг с другом, чтобы создать клеточную структуру, формирующую наши органы. Каждый этап этого процесса должен быть выровнен подобно самому точному хронометру, чтобы жизнь стала возможной. Однако большая часть наших представлений о раннем развитии человека чрезвычайно ограниченна, и ключевой причиной этого является отсутствие экспериментальных моделей, способных воспроизвести эти сложные биологические процессы.

Например, процесс под названием «сомитогенез» начинается примерно через 20 дней после оплодотворения человеческой яйцеклетки. В ходе него эмбрион развивает отдельные сегменты, называемые сомитами. Появление сомитов определяется «часами сегментации» — генетическим хронометром, который контролирует и направляет их появление. Гены этих часов и их роль в развитии организма были изучены у мышей, цыплят и зебр, но об их работе у людей до сих пор было известно мало.

Исправить это решили сотрудники Киотского университета. Они реконструировали эти часы, используя ИПСК. Авторы использовали их для формирования «досомитической мезодермы» — клеток-предшественников сомитов. Ученые начали с подражания сигнальным путям, активным во время раннего эмбрионального развития. В конечном итоге исследователям удалось создать клетки досомитической мезодермы. Изучение генов показало не только то, что их активность колебалась с периодом в пять часов, но и некоторые генетические компоненты «часов сегментации».

В дополнение к колебаниям генов команда также выявила второй признак часов сегментации, «волну» экспрессии. Используя технологию генного редактирования, ученые оценивали функцию ключевых генов, связанных с деформацией позвоночника. Как и ожидалось, мутации в этих генах резко изменили аспекты часов сегментации, включая синхронизацию процессов и колебания активности генов. Биологи пошли дальше, собрав ИПСК от пациентов с вышеупомянутыми генетическими дефектами, определили соответствующие мутации и исправили их. Работа исследователей демонстрирует, насколько изящно стволовые клетки могут быть использованы для перепросмотра различных аспектов эмбрионального развития человека и других сложных биологических процессов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.