Ученым удалось сконструировать зародыш позвоночного из эмбриональных клеток — Мир Знаний

Ученым удалось сконструировать зародыш позвоночного из эмбриональных клеток

Центральный вопрос эмбриологии – как из одной клетки образуется все многообразие тканей и органов целого животного? Когда делится, например, бактериальная клетка, она просто удваивает саму себя. Но в ходе зародышевого развития многоклеточного организма делящиеся клетки должны решить, какая из них превратится в голову, а какая – в хвост, какая даст начало сердцу, а какая – мозгу. Случайным образом это происходить не может, иначе у зародыша могло бы образоваться пять хвостов и ни одной головы.

Но если оси будущего зародыша – передне-задняя, верхне-нижняя, лево-правая – закладываются неслучайно, то что руководит этим распределением ролей? У мухи дрозофилы, например, на процесс влияет материнский организм: он «закачивает» в яйцеклетку – то есть в зародыш на одноклеточной стадии – с разных сторон разные молекулы: туда, где будет голова, закачивается один фактор роста, а туда, где брюшко – другой. Когда яйцеклетка поделится, в одной дочерней клетке будет много «головного» фактора и мало «брюшного», а во второй – наоборот. Это и определит направление их развития.

Tubal_Pregnancy_with_embryo

Научной группе под руководством супружеской пары Бернарда и Кристин Тисс (Bernard & Christine Thisse) удалось «сконструировать» эмбрион позвоночного – рыбки данио – из недифференцированных эмбриональных стволовых клеток. Они показали, что для запуска каскада распределения ролей между этими «неопределившимися» клетками достаточно всего двух белков: Nodal и Bone Morphogenic Protein (BMP).

Как и в случае с дрозофилами, для формирования эмбриона важны были не просто эти «белки-определители», а их пространственное распределение в будущей рыбе. Ученые показали, что как только в массе клеток появлялся градиент перехода от BMP к Nodal, деление этих клеток становилось «направленным»: у зародыша появлялись голова и хвост.

Вначале исследователи продемонстрировали, что инъекция BMP и Nodal в нормальный эмбрион на ранней стадии его развития приводит к тому, что на эмбрионе, как почка, образуется второй зародыш. При этом не наблюдалось никакой закономерности между тем, как располагались по отношению друг к другу получившиеся «сиамские близнецы»: они могли формироваться перпендикулярно, параллельно или вообще срастаться частями тела.

Выходило, что эмбрионы развиваются как будто независимо друг от друга. Ученые предположили, что сделанная ими инъекция двух «белков-определителей» – достаточный сигнал, чтобы превратить массу клеток в полноценный зародыш. Чтобы проверить это, было решено повторить эксперимент, но на этот раз в куда более амбициозной форме: в качестве исходного материала был взят просто «комок» эмбриональных клеток в пробирке. В этом «комке» все клетки совершенно равноценны – сами по себе они не могут выбрать, что станет чем во взрослой рыбе. Чета Тиссов решила попытать счастье и проверить: могут ли всего два белка превратить этот клеточный шар в полноценное животное?

К восхищению исследователей и всего научного мира, после инъекции Nodal и BMP в две соседние точки, «комок» отрастил в пробирке голову, хвост и даже начал формировать органы. В отрыве от материнского организма его дальнейшее развитие не могло продвинуться очень далеко, но даже в полученном зародыше явно читались рыбьи черты.

Таким образом, для «самоопределения» эмбриональных клеток достаточно всего одного градиента белков: Nodal-BMP. Различные соотношения этих двух белков в разных клетках (определяемые тем, в какие именно точки были сделаны инъекции) направляют эти клетки по разным путям развития. Таким образом закладываются оси будущего организма, и начинается формирование тканей и органов.

Предполагается, что на следующей стадии исследований похожие эксперименты будут проведены на мышиных эмбрионах. Ученые убеждены, что общие закономерности раннего развития должны мало отличаться между рыбами, мышами и людьми – если их догадки подтвердятся, то нынешние открытия могут уже в скором времени найти медицинское применение.

Ученые, действительно, смотрят на свои результаты с оптимизмом. По словам Кристин Тисс, «если знать, как направлять стволовые клетки при зародышевом развитии, с ними можно сделать все, что угодно». Эти клетки еще не определились со своей будущей функцией и принципиально способны развиться в любую ткань или орган. Поэтому если ученым удастся составить полный список сигналов, необходимых для управления таким развитием, выращивание органов и тканей в медицинских целях будет делом техники.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях