Молекулярная головоломка раскрывает неизвестные стадии развития эмбриона

Исследователи из Каролинского института в Швеции, применив анализ генов к отдельным клеткам ранних эмбрионов мыши, обнаружили ранее неизвестные клеточные стадии развития от оплодотворённой яйцеклетки до живого организма. Исследование опубликовано в научном журнале Cell Reports.

«Возможность отследить процесс дифференцировки каждой клетки — это Святой Грааль биологии развития», — говорит Цяолинь Дэн, руководитель исследования.

Исследование выявило новые детали критической фазы между прикреплением эмбриона к матке и формированием первой анатомической оси, когда клетки эмбриона начинают дифференцироваться в тело с передней и задней сторонами.

«Это критический период, когда создаётся весь анатомический план. Если он проходит негладко, это может вызвать пороки развития плода или его гибель», — отмечает Дэн.

Чтобы картировать происходящее в отдельных клетках, исследователи использовали секвенирование РНК единичных клеток на 1724 клетках из 28 эмбрионов мыши на четырёх ранних стадиях развития (возраст 5,25–6,5 дней). В каждой клетке экспрессировалось в среднем 8577 генов.

С помощью биоинформатического анализа клетки были отсортированы по типам на основе активности генов, что позволило увидеть последовательность их включения. Результатом стала молекулярная дорожная карта событий, контролирующих клеточную дифференцировку.

«Исследование выявило ранее неизвестные детали о том, что происходит до того, как ранний эмбрион обретает свою первую пространственную ориентацию, и показало, что клетки вдоль будущей оси "голова–хвост" обладают разным потенциалом дифференцировки», — говорит Дэн.

Одновременно с началом формирования анатомической оси в женском эмбрионе (с двумя X-хромосомами) запускается другой процесс. Новое исследование показывает, что первая инактивация отцовской копии X-хромосомы происходит не в той степени, как считалось ранее.

«Что интересно на молекулярном уровне, так это то, что реактивированные отцовские X-хромосомы никогда не были полностью выключены. Случайная инактивация также происходит с разной скоростью в клетках эмбриона», — объясняет Дэн.

Результаты исследования проливают новый свет на раннее развитие эмбриона у животных, включая человека.

«Знание событий и факторов, управляющих развитием раннего эмбриона, необходимо для понимания выкидышей и врождённых заболеваний. Около трёх из каждых 100 детей рождаются с пороками развития, вызванными нарушением клеточной дифференцировки», — заключает Дэн.