Разгадка эмбриональной плюрипотентности

Исследователи из Европейского Института Биоинформатики при Европейской Лаборатории Молекулярной Биологии (EMBL's European Bioinformatics Institute, EMBL-EBI), а также Медицинского Исследовательского Консилиума Института Стволовых Клеток Wellcome Trust (Wellcome Trust-Medical Research Council Stem Cell Institute) при Кембриджском Университете (University of Cambridge, Великобритания ) выявили факторы, запускающие формирование плюрипотентных клеток. Открытие, результаты которого опубликованы в журнале Developmental Cell, проливает свет на эмбриональное развитие человека и помогает исследованию клеточного репрограммирования и вспомогательной репродукции.

Эмбриональные стволовые клетки широко известны своей способностью дифференцироваться в любой тип клеток, что называется плюрипотентностью. Это кратковременное состояние эмбриона, но оно необходимо для нормального развития. В данной работе исследователи установили место и время экспрессии генов во время раннего эмбрионального развития мыши и обыкновенной мартышки – нечеловекообразного примата. Ученые проанализировали сложную сеть генетической регуляции, поддерживающей плюрипотенцию, детально изучив схождение этой сети и дальнейшее коллапсирование, когда клетки, существовавшие в плюрипотентном состоянии, становятся специализированными.

«Наша цель – создать сравнительную карту генетической экспрессии ранних стадий эмбриогенеза мыши, традиционно являющейся наилучшей моделью развития млекопитающих, и посмотреть, как полученные сведения можно транслировать на приматов», – поясняет Пол Бертон, сотрудник Института Стволовых Клеток, в прошлом руководитель исследовательской группы в EMBL-EBI.

Для сравнения плюрипотентных клеток у грызунов и приматов исследователи использовали секвенирование РНК одной клетки на небольших (из 8-20 клеток) клеточных кластерах, чтобы установить точный паттерн экспрессии генов на определенных стадиях раннего развития. Полученные результаты способствовали пониманию того, как возникает и прогрессирует плюрипотентность у разных млекопитающих.

«Многие гены, дающие начало плюрипотентности у мышей, также экспрессировались и у мартышки, что указывает на общие основы плюрипотентности млекопитающих, – говорит Остин Смит (Austin Smith) из Института Стволовых Клеток, – Однако в сигнальных путях двух видов наблюдались некоторые различия, свидетельствующие о том, что спецификация на клеточные линии у приматов не полностью консервативна».

«Мы установили, что WNT-сигналинг у мартышек критически важен для нормальной дифференцировки одной из трех появляющихся первыми клеточных линий, – продолжает Бертон, – Ингибирование этого пути произвело глубокий эффект – одна из тех линий не формируется корректно, а включается в группу плюрипотентных клеток. В исследованиях in vitro интересно проследить, используется ли путь WNT или другие пути сходным образом в организме человека».

Настоящее междисциплинарное исследование сочетает традиционную эмбриологию, геномику и биоинформатику. Результаты работы являются ценным ресурсом для выявления факторов и сигнальных путей, регулирующих плюрипотентность у различных млекопитающих. Полученные данные также могут использоваться для оптимизации получения эмбриональных стволовых клеток и репрограммирования в плюрипотентное состояние в клеточных культурах. Приобретенные сведения помогут исследователям понять генетические основы ранней специализации в эмбриональных клетках и потенциально будут способствовать улучшению методов культивирования бластоцист для вспомогательных репродуктивных технологий.

Бластоцисты окрашены методом иммунохимии для демонстрации фактора плюрипотентности NANOG, локализованного во внутриклеточной массе, первичного фактора специализации энтодермы GATA6, наружного маркера трофэктодермы CDX2 и ядер. (фото: Original figure by Bertone and colleagues adapted by Spencer Phillips, EMBL-EBI)

По материалам European Bioinformatics Institute EMBL-EBI

Оригинальная статья:
Thorsten Boroviak, Remco Loos, Patrick Lombard, Junko Okahara, Rüdiger Behr, Erika Sasaki, Jennifer Nichols, Austin Smith, Paul Bertone. Lineage-Specific Profiling Delineates the Emergence and Progression of Naive Pluripotency in Mammalian Embryogenesis. Developmental Cell, 2015; 35 (3): 366 DOI: 10.1016/j.devcel.2015.10.011