|
Первое представление о раннем развитии человека
|
|
|
|
Это один из самых определяющих моментов в жизни — решающий шаг в эмбриональном развитии, когда неясный клубок клеток перестраивается в упорядоченную трехслойную структуру, которая подготавливает почву для всего грядущего. Известный как гаструляция, этот важнейший процесс разворачивается на третьей неделе развития человека. "Гаструляция - это источник нашей собственной индивидуализации, появление нашей оси", - говорит Али Бриванлу из Рокфеллера. "Это первый момент, который отделяет наши головы от наших задниц". Изучение молекулярных основ этого ключевого события во многом помогло бы ученым предотвратить выкидыши и нарушения развития. Но изучение гаструляции у человека оказалось как технологически, так и этически сложным, и, таким образом, современные подходы имели ограниченный успех в расширении нашего понимания раннего развития человека.
|
|
|
|
Теперь Бриванлу и его коллеги продемонстрировали, как система моделирования стволовых клеток, известная как бластоид, может позволить изучать нюансы гаструляции человека в присутствии предимплантационных экстраэмбриональных типов клеток. Их исследование, опубликованное в Stem Cell Reports, описывает научный и клинический потенциал этой новой платформы. "Гаструляция была огромным черным ящиком. Мы никогда не видели себя на этой стадии", - говорит Бриванлу. "Это приближает нас к пониманию того, с чего мы начинаем". До имплантации эмбрион представляет собой шар, состоящий примерно из 250 клеток, организованных в виде бластоцисты. Этот неуловимый клубок клеток было трудно изучать непосредственно, поэтому ученые разработали бластоиды — модели бластоцист на основе стволовых клеток. Бластоиды могут быть клонированы, подвергнуты экспериментальным манипуляциям и запрограммированы, что позволяет ученым изучать идентичные бластоиды снова и снова.
|
|
|
Вопрос заключался в том, могут ли бластоиды гаструлировать in vitro. В отличие от бластоцисты in vivo, которая вращается в матке до тех пор, пока не прикрепится к материнской ткани, бластоиды были хороши в моделировании клубка клеток, из которого возникает жизнь, но оставалось неясным, может ли эта модель in vitro моделировать более поздние стадии развития человека. То есть до тех пор, пока Бриванлу не разработал платформу, позволяющую бластоидам прикрепляться in vitro и тем самым продвигаться к гаструляции. "Тогда мы впервые смогли увидеть нарушение симметрии эпибластов, отмеченное экспрессией BRA, с высоким молекулярным разрешением", - говорит Риккардо Де Сантис, научный сотрудник лаборатории Бриванлу и ведущий автор исследования. "Это позволило нам начать задавать более подробные вопросы о самых ранних моментах жизни". С такой беспрецедентной четкостью команда непосредственно наблюдала два ключевых момента гаструляции: первое нарушение симметрии эпибласта и появление молекулярных маркеров примитивной полосы и мезодермы при прикреплении in vitro.
|
|
|
|
Примитивная полоска - это структура, которая отмечает начало гаструляции и закладывает основу для трех первичных слоев эмбриона. Один из этих слоев, мезодерма, формируется во время гаструляции и дает начало мышцам, костям и системе кровообращения. Команда обнаружила, что уже через семь дней после прикрепления они смогли использовать молекулярные маркеры для обнаружения самых ранних признаков зарождающейся примитивной полоски и мезодермальных клеток. Чтобы подтвердить свои выводы, команда также сравнила результаты бластоидов с данными, полученными из прикрепленных человеческих эмбрионов in vitro, и продемонстрировала, что бластоиды экспрессируют те же гены in vitro, что и обычный эмбрион на этой стадии in vivo, что убедительно демонстрирует силу бластоидов как моделей эмбрионального развития человека. Еще раз подчеркнув мощь лабораторной системы прикрепления бластоидов in vitro, команда затем использовала ее, чтобы продемонстрировать, что пути, которые регулируют рост примитивной полосы и мезодермы in vivo, также регулируют нарушение симметрии бластоидов in vitro — и все это с использованием только моделей бластоидов, полученных из стволовых клеток.
|
|
|
|
Попутно команда также продемонстрировала, что гаструляция in vitro может начаться на 12-й день, раньше, чем считалось ранее. "Это изменит учебники", - говорит Бриванлу. "Мы внесли свой вклад в переосмысление молекулярной сигнатуры и времени начала гаструляции при прикреплении in vitro". Результаты демонстрируют, что бластоиды в сочетании с уникальной платформой для прикрепления, разработанной лабораторией Бриванлу, теперь способны передавать информацию о раннем развитии человека, которая долгое время была недоступна. Де Сантис предвидит будущее, в котором исследования на основе бластоидов приведут к прогрессу в диагностике и лечении нарушений развития или позволят получить представление о потенциальных причинах ранних выкидышей во время гаструляции.
|
|
|
|
"Многие пары не могут иметь детей, потому что эмбрион не прикрепляется должным образом, и многие выкидыши происходят в первые несколько недель беременности", - объясняет Де Сантис. "Теперь у нас есть модельная система, которая может помочь нам понять молекулярный механизм, определяющий, будет ли беременность успешной или нет". В ближайшем будущем Де Сантис надеется объединить этот метод с машинным обучением, чтобы помочь прогнозировать исходы беременности и траектории нарушений развития, наблюдая, как модельные бластоиды, созданные с определенными генетическими особенностями, развиваются in vitro. "Лучшее понимание гаструляции — и возможность изучать ее с помощью надежной модельной системы — влияет на все: от выживания плода до аутизма и нейродегенерации", - говорит Де Сантис.
|
|
|
|
Источник
|
