Воссоздание человеческих "часов сегментации" с помощью iPS-клеток

Исследователи из Киотского университета воссоздали человеческие часы сегментации — ключевой механизм эмбрионального развития — с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток).

Раннее развитие человека плохо изучено из-за отсутствия экспериментальных моделей, воспроизводящих эти сложные процессы. Один из них — сомитогенез, который начинается примерно на 20-й день после оплодотворения. В это время эмбрион формирует сегменты (сомиты), определяющие базовую сегментированную структуру тела (позвонки, ребра).

Появление сомитов контролируется сегментационными часами — генетическим осциллятором. Хотя их изучали на мышах, цыплятах и рыбках данио, о человеческих часах почти ничего не было известно.

Команда под руководством Кантаса Алева использовала человеческие iPS-клетки для создания пресомитной мезодермы (PSM) — клеток-предшественников сомитов. Имитируя сигнальные пути раннего развития, учёные получили культуру PSM.

Ключевые результаты:

• Обнаружены гены, экспрессия которых осциллирует с периодом 5 часов.
• Выявлены новые генетические компоненты человеческих часов сегментации.
• Воспроизведена волна экспрессии генов — второй ключевой признак часов.
• С помощью генно-инженерных технологий изучены мутации генов, связанных с деформациями позвоночника. Эти мутации нарушали синхронизацию и осцилляции часов.
• На iPS-клетках пациентов с такими генетическими дефектами мутации были идентифицированы и скорректированы.

Исследование демонстрирует, как iPS-клетки могут элегантно воссоздавать аспекты эмбрионального развития человека и другие сложные биологические процессы.

Статья "Recapitulating the Human Segmentation Clock with Pluripotent Stem Cells" опубликована 2 апреля 2020 года в журнале Nature.