Эмбриоиды проливают свет на сложный генетический механизм
Исследователи из EPFL и Университета Женевы (UNIGE) получили новые данные о механизме, регулирующем раннее развитие эмбрионов мыши. Вместо использования животной модели команда провела исследование на псевдоэмбрионах (эмбриоидах), выращенных в лаборатории из стволовых клеток.
Профессор Дени Дюбуль, руководитель Лаборатории геномики развития в EPFL, более 30 лет изучал геном мыши, чтобы понять фундаментальные механизмы регуляции развития млекопитающих. В статье, опубликованной 15 июня в Nature Genetics, его команда представила результаты первого в его карьере исследования, проведенного без использования животной модели.
Внутренние часы развития эмбриона
Ранний эмбрион млекопитающего развивается вдоль передне-задней оси: сначала формируется голова, затем остальные части тела «этапами» по направлению к хвосту. У мыши новый этап формируется каждые 90 минут. Исследователи давно пытались понять, как гены-архитекторы Hox, которые придают идентичность каждому из этих этапов (например, шейному позвонку или зачатку хвоста), активируются по точному расписанию с помощью внутренних часов.
Проблема в том, что этот механизм запускается после имплантации эмбриона в стенку матки, что крайне затрудняет наблюдение. Ситуация изменилась с появлением эмбриоидов — клеточных структур, лишенных способности развиться в полноценный организм.
Исследователь Хосин Рекаик, ведущий автор статьи, обогатил эмбриоиды, чтобы получить часть структуры, которая производит эти «этапы». Результатом стала упрощенная, но высоко реалистичная клеточная модель.
«На сегменте ДНК белок CTCF действует как своего рода блокиратор, задерживая экспрессию гена Hox, расположенного за ним. Давление, запускающее сигнал активации, исходит от комплекса белков когезина. Мы смогли увидеть этот процесс в хроматине — что было практически невозможно в реальном эмбрионе, так как система со временем становится все более сложной и неупорядоченной. Клетки в этих эмбриоидах сильно сконцентрированы в заднем отделе, что делает все гораздо более однородным. Это позволяет наблюдать за работой механизма», — объясняет Дюбуль.
Перспективные новые методы
Новая модель не только перспективна для будущих исследований, но и относительно быстра, проста в использовании и дешевле, чем эквивалентные животные модели.
«Мы использовали много животных в моей лаборатории, поэтому я очень рад появлению альтернативных моделей по мере приближения к концу моей карьеры. Я не думаю, что мы уже достигли стадии, когда можем полностью обойтись без животных в фундаментальных исследованиях, но в некоторых областях появляются многообещающие новые методы. Мы вступаем в новую эру, когда можем создавать in vitro биологические модели, настолько реалистичные, что в некоторых случаях нам не обязательно придется прибегать к использованию животных», — говорит Дюбуль.
В EPFL исследовательские группы все чаще используют так называемые альтернативные методы, такие как органоиды. Эти методы революционизируют фундаментальные исследования, но менее полезны в разработке лекарств, где животные модели по-прежнему играют незаменимую роль.