Черный ящик эмбрионального развития

Регуляция ДНК — критический процесс в клетке, позволяющий ей выполнять свою функцию. Этот процесс особенно важен во время беременности, когда эмбриональные клетки должны развиться во все типы клеток, необходимые для формирования эмбриона. Международная команда исследователей из KU Leuven, Института Бабрахама, Университета Радбуд, Гентского университета и IMBA обнаружила, что первое решение о судьбе клетки в эмбриональном развитии регулируется белком PRC2. Это новое понимание человеческого развития может помочь в будущем понять причины ранней потери беременности. Результаты опубликованы в Nature Cell Biology.

Все люди начинают своё существование как сперматозоид и яйцеклетка. К пятому или шестому дню оплодотворенная яйцеклетка становится бластоцистой — быстро делящимся скоплением клеток, состоящим из внутренней и внешней группы клеток. Внешняя группа сформирует плаценту; внутренние клетки разовьются в эмбрион. Это сложный процесс, где каждый шаг критичен, и малейшая ошибка может прервать развитие эмбриона.

Всё дело в правильном переключателе

Наши тела содержат сотни различных клеток, выполняющих множество функций и входящих в состав разных тканей и органов. Интересно, что каждая клетка нашего тела содержит одну и ту же ДНК. ДНК можно сравнить с электрощитом в доме: в зависимости от того, где нужна энергия, вы включаете или выключаете автоматы. То же происходит в наших клетках: в зависимости от функции клетки части ДНК «включаются» или «выключаются», чтобы активировать нужные гены в нужное время.

Поскольку ранние эмбриональные клетки в итоге образуют все клетки, исследователи всегда предполагали, что они могут легко включать и выключать гены во время развития. «Первое решение, которое клетки должны принять во время развития человеческого эмбриона, — будут ли они формировать сам эмбрион или плаценту. Наши результаты показывают, что это первое решение не такое простое, как мы думали изначально», — объясняет профессор Винсент Паск (KU Leuven). «Чтобы сформировать плаценту, внешние клетки бластоцисты должны включить правильные переключатели в нужное время. Мы обнаружили, что клеткам нужно преодолеть барьеры, чтобы включить гены плаценты», — добавляет Хендрик Маркс, руководитель группы из Университета Радбуд.

Понимание развития эмбриона

Чтобы изучить, как человеческий эмбрион растет в течение первой недели развития, команда использовала бластоиды — модели эмбрионов из стволовых клеток, где стволовые клетки самоорганизуются в эмбрионоподобные структуры и имитируют развитие эмбриона. «Используя эту модель бластоида, мы могли изучать развитие человеческого эмбриона», — объясняет Николя Риврон, руководитель группы в IMBA. «Бластоиды в некоторой степени воспроизводят поведение человеческих эмбрионов в первые дни развития».

«Используя эту модель эмбриона, мы увидели, что когда мы удаляем белок PRC2, в бластоидах присутствует увеличенное количество клеток плаценты. Эти результаты показывают, что PRC2 является барьером для появления клеток плаценты», — объясняет аспирантка Ирэн Талон (KU Leuven).

«Наше исследование открывает возможность лучше контролировать специализацию стволовых клеток и развитие бластоидов, что полезно для изучения в лаборатории того, как формируются первые плацентарные клетки. В долгосрочной перспективе новые знания могут улучшить наше понимание того, как эмбрионы успешно имплантируются в матку на самых ранних стадиях беременности и почему иногда это может пойти не так», — заключает профессор Питер Рагг-Ганн (Институт Бабрахама).