Перепрограммирование клеток крови для получения предшественников сперматозоидов
Исследователи из Школы ветеринарной медицины Пенсильванского университета совместно с коллегами из Университета Техаса в Сан-Антонио и Техасского института биомедицинских исследований заставили клетки крови мармозетки (маленькой обезьяны) приобрести гибкость стволовых клеток, а затем направили эти стволовые клетки на путь развития предшественников сперматозоидов.
В журнале eLife учёные сообщают о своём пошаговом процессе перепрограммирования клеток. Это первые подобные результаты на мармозетках, что открывает новые возможности для изучения биологии приматов и разработки новых вспомогательных репродуктивных технологий, таких как in vitro гаметогенез — процесс генерации половых клеток (сперматозоидов или яйцеклеток) в лабораторной чашке.
Мармозетка как модель
Учёные сначала охарактеризовали предшественники половых клеток (primordial germ cells, PGCs) из эмбрионов мармозеток. Они обнаружили, что эти PGCs экспрессируют гены, характерные для ранних стадий развития зародышевых клеток и связанные с эпигенетическими модификациями. При этом они не экспрессировали гены, которые включаются позже, когда клетки-предшественники мигрируют в яичники или семенники.
Паттерны, наблюдаемые у мармозеток, были близки к человеческим и обезьяньим, но отличались от мышиных, что делает этот вид ценной моделью для репродуктивной биологии.
Метод перепрограммирования
Процесс состоял из нескольких этапов:
- Кровь → индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs): Клетки крови мармозетки были перепрограммированы в iPSCs. Ключом к успеху стало добавление ингибитора сигнального пути, управляемого белком Wnt.
- iPSCs → предшественники половых клеток: Добавление коктейля факторов роста позволило успешно направить 15–40% клеток культуры на путь развития предшественников половых клеток. Клетки поддерживали ключевые маркеры зародышевых клеток и демонстрировали экспоненциальный рост.
- Предшественники → поздние стадии: Культивируя полученные клетки с клетками мышиных семенников в течение месяца (метод, ранее установленный для человеческих клеток), исследователи добились успешного роста, и некоторые клетки начали включать гены, ассоциированные с поздними стадиями предшественников сперматозоидов.
Значение работы
Мармозетки, чья когнитивная функция во многом напоминает человеческую, становятся важной исследовательской моделью. Для изучения репродуктивной системы они открывают новые пути для исследований нормального и аномального развития, а также фертильности.
«Когда мы думаем о клиническом применении вспомогательной репродуктивной технологии, такой как in vitro гаметогенез, возникает множество этических, юридических и проблем безопасности, — говорит руководитель исследования Котаро Сасаки. — Нам определённо нужна хорошая доклиническая модель для изучения, прежде чем мы перейдём к клиническому применению на людях».