Бычьи эмбрионы как модель раннего развития человека

Механизмы раннего эмбрионального развития у человека и крупного рогатого скота очень схожи. Исследователи из LMU утверждают, что бычьи эмбрионы могут быть лучшей моделью для изучения раннего человеческого развития, чем мышиная система.

Многие фундаментальные аспекты ранних стадий эмбрионального развития человека консервативны у других млекопитающих. Исследования на животных моделях помогают понять развитие человеческого эмбриона. Большинство таких исследований проводилось на мышиных эмбрионах. Однако учёные под руководством профессора Экхарда Вольфа сообщают в журнале PNAS, что ранние фазы развития бычьих эмбрионов могут предложить лучшую систему для понимания начальных шагов дифференцировки.

Развитие эмбриона млекопитающих начинается с деления оплодотворённой яйцеклетки, за которым следуют дальнейшие деления, формирующие бластоцисту — сферу клеток из двух слоёв, окружающих полость с жидкостью. Клетки внешнего слоя позже дадут начало внезародышевым оболочкам и плаценте после имплантации, а сам эмбрион развивается из внутренней клеточной массы. Дифференцировка внешнего слоя клеток бластоцисты от внутренней клеточной массы начинается уже на стадии 8 клеток. Однако некоторые ранние клетки внутренней массы остаются плюрипотентными, то есть сохраняют способность дифференцироваться в большинство типов клеток взрослого организма.

"Генетическая регуляция этих ранних процессов дифференцировки была тщательно изучена на мыши. Однако задействованные механизмы не всегда эволюционно консервативны", — говорит Вольф. "Новые методы, такие как система CRISPR-Cas9 для редактирования генов, теперь позволяют проводить функциональные исследования на других видах, что приведёт к решающему прогрессу в понимании раннего эмбрионального развития млекопитающих".

Вольф и его коллеги использовали систему CRISPR-Cas9 в бычьих эмбрионах для удаления гена OCT4, который играет ключевую роль в регуляции плюрипотентности у эмбрионов млекопитающих. У мышей потеря этого гена приводит к неспособности генерировать клетки, экспрессирующие транскрипционный фактор GATA6, в то время как клетки, экспрессирующие маркер плюрипотентности NANOG, не затрагиваются.

"В бычьем эмбрионе мы обнаружили прямо противоположный эффект", — говорит первый автор исследования Килиан Зиммет. "В этом случае делеция OCT4 подавляла появление клеток, экспрессирующих NANOG, в то время как клетки-предшественники, экспрессирующие GATA6, развивались нормально". Недавно опубликованная работа показала, что человеческие клетки реагируют на делецию того же гена на той же стадии точно таким же образом. Более того, это не единственный случай, когда регуляторные контуры, контролирующие раннее эмбриональное развитие у человека, демонстрируют большее сходство с бычьими эмбрионами, чем с мышиной системой.