Развитие эмбриона: некоторые клетки уже неодинаковы даже на стадии четырех клеток

Генетические «сигнатуры» эмбрионов на ранней стадии подтверждают, что наше развитие начинает обретать форму уже на второй день после зачатия, когда мы представляем собой всего четыре клетки. Это показало новое исследование под руководством Кембриджского университета и EMBL-EBI. Хотя клетки двухдневного эмбриона кажутся идентичными, они уже начинают проявлять тонкие различия.

После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом она делится несколько раз, превращаясь в свободно плавающий шар из стволовых клеток. Сначала эти стволовые клетки являются тотипотентными — они могут делиться и производить все типы клеток, включая клетки всего тела и плаценты. Затем стволовые клетки переходят в плюрипотентное состояние, когда их развитие ограничено генерацией клеток тела, но не плаценты. Однако момент, когда клетки начинают проявлять предпочтение к определенному типу, оставался неясным.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые из Кембриджского университета и Европейского института биоинформатики (EMBL-EBI) показали, что уже на стадии четырех клеток эмбрионы действительно различаются.

Исследователи использовали новейшие технологии секвенирования для моделирования развития эмбрионов мыши, изучая активность отдельных генов на уровне одной клетки. Они показали, что некоторые гены в каждой из четырех клеток вели себя по-разному. Активность одного гена в частности, Sox21, наиболее различалась между клетками; этот ген является частью «плюрипотентной сети». Команда обнаружила, что когда активность этого гена снижалась, повышалась активность главного регулятора, который направляет клетки на развитие в плаценту.

«Мы знаем, что жизнь начинается, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, но нам интересно, когда происходят важные решения, определяющие наше будущее развитие. Теперь мы знаем, что уже на стадии четырех клеток — всего через два дня после оплодотворения — эмбрион направляется в определенном направлении, и его клетки больше не идентичны», — говорит профессор Магдалена Зерницка-Гец.

«Мы можем использовать мощные инструменты секвенирования, чтобы углубить понимание молекулярных механизмов, управляющих развитием в отдельных клетках. Благодаря этим высокоразрешающим методам мы теперь можем видеть генетические и эпигенетические сигнатуры, указывающие направление, в котором будут развиваться ранние эмбриональные клетки», — добавляет доктор Джон Мариони.