Исследование: клетки, становящиеся сперматозоидами или яйцеклетками у людей, уязвимы во время беременности

Новое исследование, опубликованное онлайн Амандер Кларк, доктором философии, из Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток имени Эли и Эдит Броуд при UCLA, значительно углубляет понимание человеческой зародышевой линии — клеток, которые создают яйцеклетки или сперматозоиды у людей во время пренатального развития в утробе. Высокоспециализированные клетки зародышевой линии, называемые зародышевыми клетками, — единственный тип клеток в организме, способный передавать гены родителей их биологическим детям. Аномалии в этих клетках могут вызывать бесплодие, а также такие заболевания, как опухоли зародышевых клеток у мальчиков и первичную недостаточность яичников у девочек. Опубликованное в журнале Cell, исследование детально рассматривает, как генетическая информация пренатальных зародышевых клеток защищена от повреждений во время внутриутробной жизни, показывая, что эти важные клетки лишены защиты на одной из фаз развития, что делает их уязвимыми.

Цель исследования — понять причины человеческого бесплодия, изучив развитие зародышевых клеток в эмбрионе и то, что их защищает от внешних факторов.

Ключевой биохимический процесс защиты генома — метилирование. Все здоровые клетки человека метилированы. Метилирование действует как защитный слой на геноме, охраняя клетки от мутаций. Удаление метилирования (деметилирование) происходит в организме человека очень редко. Один из таких моментов — короткий период во время пренатального развития.

Исследование Кларк было сосредоточено на этом периоде деметилирования зародышевых клеток. Учёные картировали количество, продолжительность и локализацию деметилирования в пренатальных зародышевых клетках в период с 53 по 137 дней развития. Было обнаружено, что человеческая зародышевая линия стирает почти все следы метилирования генома к 113 дню пренатального развития. При этом, несмотря на масштабное деметилирование, некоторые области зародышевых клеток сохранили небольшое количество метилирования.

Уязвимость и модель для изучения

Удаление метилирования во время пренатальной жизни делает клетки зародышевой линии уязвимыми к повреждениям. Это ставит критический вопрос: что защищает пренатальные зародышевые клетки от повреждений или воздействия окружающей среды во время беременности?

Для ответа на этот вопрос Кларк работает над созданием первой научной модели для самых ранних этапов формирования человеческой зародышевой линии. Эта модель требует создания человеческих пренатальных зародышевых клеток из плюрипотентных стволовых клеток в лаборатории. Так можно изучать, как на эти клетки влияют различные факторы, например, внешние химические вещества или токсины.

Одна из сложностей метода «болезнь в чашке» (disease-in-a-dish) — необходимость убедиться, что клетки, созданные в лаборатории, максимально близки к клеткам человека. Кларк должна гарантировать, что создаваемые ею пренатальные зародышевые клетки для моделирования сохраняют правильное количество метилирования в нужных областях.

В данном исследовании Кларк и её команда представляют детальную «карту-эталон», содержащую сотни миллионов точек данных. Эта карта может использоваться для проверки того, что пренатальные зародышевые клетки, созданные в лаборатории, имеют те же характеристики метилирования, что и клетки, обнаруженные у человека во время нормального пренатального развития.

«Эта карта-эталон убирает догадки из процесса создания пренатальных клеток зародышевой линии из стволовых клеток», — говорит Кларк. Теперь, имея высокоточный количественный анализ реальных человеческих зародышевых клеток во время пренатальной жизни, эту информацию можно использовать для моделирования болезней.