Исследование раскрывает механизмы, определяющие судьбу отдельных эмбриональных клеток

Слияние сперматозоида и яйцеклетки даёт зиготу с неограниченной способностью развиться в любой тип клеток тела. Последующие раунды клеточного деления ограничивают эти возможности по мере вступления эмбриона в программу развития, которая устанавливает формирование тканей, органов и конечностей.

Профилируя экспрессию генов в отдельных клетках на самых ранних стадиях развития мыши, Эрнесто Гуччоне из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR в Сингапуре и Мария-Элена Торрес-Падилья из Университета Страсбурга во Франции детально изучили события, помогающие инициировать этот процесс, когда эмбрион состоит всего из четырёх клеток.

Известно, что два класса белков помогают координировать клеточное развитие: транскрипционные факторы связываются с ДНК, чтобы модулировать экспрессию генов, а эпигенетические модификаторы действуют косвенно, добавляя и удаляя химические метки с хромосом, которые стимулируют или подавляют активность генов. «Это репрограммирование происходит на уровне одной клетки, поэтому критически важно изучать эти события не в популяциях клеток, таких как целые эмбрионы, а с помощью методов, позволяющих нам различить, какая клетка есть какая», — говорит Гуччоне.

Исследователи хотели понять, как клетки «решают» формировать либо внутреннюю клеточную массу (ICM), из которой развивается сам эмбрион, либо трофэктодерму (TE), образующую поддерживающие эмбрион ткани. Они разделили эмбрионы мыши на нескольких стадиях развития и проанализировали транскрипционные факторы и эпигенетические модификаторы в отдельных клетках.

Предыдущие исследования определяли ICM и TE на основе активности специфических транскрипционных факторов. Однако исследователи с удивлением обнаружили, что самые ранние стадии развития в первую очередь характеризуются сдвигами в активности эпигенетических модификаторов. Так продолжается до тех пор, пока эмбрион не состоит из 32 клеток — на этом этапе и TE, и ICM чётко определены. Компьютерное моделирование предполагает, что пошаговое действие этих эпигенетических модификаторов, по сути, создаёт «трек» развития для раннего эмбриона.

Один модификатор, PRDM14, был особенно активен в клетках ICM и влияет на клеточную судьбу очень рано в развитии. «Мы показали, что PRDM14 экспрессируется только в двух клетках на стадии четырёх клеток, — говорит Гуччоне, — и доказали, что он играет роль в направлении клеток к судьбе ICM, а не TE». Действительно, инъекция PRDM14 в двухклеточные эмбрионы заметно «склонила чашу весов» в пользу формирования ICM. Гуччоне отмечает, что этот белок может как активировать, так и подавлять гены-мишени, и расшифровка его роли в развитии ICM является будущим приоритетом для его группы.