Гены древних родственников животных использовали для выращивания мыши: исследование раскрывает скрытую историю стволовых клеток

Международная группа исследователей достигла беспрецедентного результата: создание мышиных стволовых клеток, способных генерировать полностью развитую мышь, с использованием генетических инструментов от одноклеточного организма, с которым у нас есть общий предок, существовавший до появления животных.

Это открытие меняет наше понимание генетического происхождения стволовых клеток и предлагает новый взгляд на эволюционные связи между животными и их древними одноклеточными родственниками. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

В эксперименте, который звучит как научная фантастика, доктор Алекс де Мендоса из Лондонского университета королевы Марии в сотрудничестве с исследователями из Гонконгского университета использовал ген, найденный у хоанофлагеллят (одноклеточного организма, родственного животным), для создания стволовых клеток, которые затем дали начало живой мыши.

Хоанофлагелляты — ближайшие живые родственники животных. Их геномы содержат версии генов Sox и POU, известных своей ролью в поддержании плюрипотентности — способности клетки развиться в любой тип клеток — в стволовых клетках млекопитающих. Это неожиданное открытие бросает вызов давнему убеждению, что эти гены эволюционировали исключительно внутри животных.

"Успешно создав мышь с использованием молекулярных инструментов, полученных от наших одноклеточных родственников, мы наблюдаем удивительную непрерывность функции на протяжении почти миллиарда лет эволюции", — сказал доктор де Мендоса. — "Исследование предполагает, что ключевые гены, участвующие в формировании стволовых клеток, могли возникнуть гораздо раньше, чем сами стволовые клетки, возможно, проложив путь для многоклеточной жизни, которую мы видим сегодня".

Нобелевская премия 2012 года, врученная Синье Яманаке, показала, что можно получить стволовые клетки из "дифференцированных" клеток, просто экспрессируя четыре фактора, включая ген Sox (Sox2) и ген POU (Oct4). В этом новом исследовании команда, в сотрудничестве с лабораторией доктора Ральфа Яуха в Гонконгском университете / Центре трансляционной биологии стволовых клеток, ввела гены Sox хоанофлагеллят в мышиные клетки, заменив нативный ген Sox2, и достигла репрограммирования в состояние плюрипотентной стволовой клетки.

Для проверки эффективности этих репрограммированных клеток их ввели в развивающийся эмбрион мыши. Полученная химерная мышь демонстрировала физические признаки как от эмбриона-донора, так и от индуцированных в лаборатории стволовых клеток (например, черные пятна на шерсти и темные глаза), что подтвердило: эти древние гены сыграли решающую роль в обеспечении совместимости стволовых клеток с развитием животного.

Исследование прослеживает, как ранние версии белков Sox и POU (которые связывают ДНК и регулируют другие гены) использовались одноклеточными предками для функций, которые позже стали неотъемлемой частью формирования стволовых клеток и развития животных. "У хоанофлагеллят нет стволовых клеток, они одноклеточные организмы, но у них есть эти гены, вероятно, для контроля базовых клеточных процессов, которые многоклеточные животные, вероятно, позже перепрофилировали для построения сложных тел", — объяснил доктор де Мендоса.

Это новое понимание подчеркивает эволюционную универсальность генетических инструментов и дает представление о том, как ранние формы жизни могли использовать схожие механизмы для управления клеточной специализацией задолго до появления истинно многоклеточных организмов.

Открытие имеет значение не только для эволюционной биологии, но и потенциально может способствовать новым достижениям в регенеративной медицине. Углубляя понимание того, как эволюционировал механизм стволовых клеток, ученые могут найти новые способы оптимизации терапии стволовыми клетками и улучшения техник репрограммирования клеток для лечения болезней или восстановления поврежденных тканей.

"Изучение древних корней этих генетических инструментов позволяет нам инноваровать с более четким пониманием того, как можно настраивать или оптимизировать механизмы плюрипотентности", — сказал доктор Яух, отметив, что прогресс может возникнуть в результате экспериментов с синтетическими версиями этих генов, которые в определенных контекстах могут работать даже лучше, чем нативные гены животных.