Учёные обнаружили «кнопку паузы» в развитии человека

Исследователи из Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине и Института молекулярной биотехнологии (IMBA) Австрийской академии наук в Вене обнаружили потенциальную «кнопку паузы» на самых ранних стадиях развития человека.

Новое исследование предполагает, что эту «кнопку паузы» можно активировать и в человеческих клетках. Результаты имеют важное значение для понимания ранней человеческой жизни и могут улучшить репродуктивные технологии.

У некоторых млекопитающих время непрерывного эмбрионального развития может быть изменено для повышения шансов на выживание как эмбриона, так и матери. Этот механизм временного замедления развития, называемый эмбриональной диапаузой, часто происходит на стадии бластоцисты, непосредственно перед имплантацией эмбриона в матку.

Во время диапаузы эмбрион остаётся свободно плавающим, а беременность продлевается. Это состояние покоя может сохраняться недели или месяцы, прежде чем развитие возобновится при благоприятных условиях. Хотя не все млекопитающие используют эту репродуктивную стратегию, способность приостановить развитие может быть вызвана экспериментально.

Исследование лабораторий Айдана Булут-Карслыоглу и Николя Риврона показало, что молекулярные механизмы, контролирующие эмбриональную диапаузу, также могут быть задействованы в человеческих клетках. Результаты были опубликованы 26 сентября в журнале Cell.

Модели на основе стволовых клеток для изучения диапаузы у человека

В своём исследовании учёные не проводили экспериментов на человеческих эмбрионах, а использовали человеческие стволовые клетки и модели бластоцист на их основе, называемые бластоидами. Бластоиды являются научной и этической альтернативой использованию эмбрионов.

Исследователи обнаружили, что модуляция специфического молекулярного каскада — сигнального пути mTOR — в этих моделях индуцирует состояние покоя, поразительно похожее на диапаузу.

«Сигнальный путь mTOR является основным регулятором роста и прогрессии развития у эмбрионов мыши. Когда мы обработали человеческие стволовые клетки и бластоиды ингибитором mTOR, мы наблюдали задержку развития, что означает, что человеческие клетки могут задействовать молекулярный механизм для вызова ответа, подобного диапаузе», — говорит Айдан Булут-Карслыоглу.

Это состояние покоя характеризуется снижением деления клеток, замедлением развития и уменьшением способности прикрепляться к слизистой оболочке матки. Важно, что способность входить в эту стадию, по-видимому, ограничена коротким периодом развития.

«Время развития бластоидов может быть растянуто вокруг стадии бластоцисты, что как раз является стадией, на которой диапауза работает у большинства млекопитающих», — говорит соавтор Дханур П. Айер.

Более того, это состояние покоя обратимо, и бластоиды возобновляют нормальное развитие при реактивации пути mTOR.

Возможность изменять время эмбрионального развития имеет значение для ЭКО

Авторы пришли к выводу, что люди, как и другие млекопитающие, могут обладать внутренним механизмом для временного замедления своего развития, даже если этот механизм не используется во время беременности.

«Этот потенциал может быть пережитком эволюционного процесса, которым мы больше не пользуемся. Хотя мы утратили способность естественным образом входить в состояние покоя, эти эксперименты предполагают, что мы тем не менее сохранили эту внутреннюю способность и могли бы в конечном итоге раскрыть её», — говорит Николя Риврон.

Для фундаментальных исследований возникает вопрос, входят ли человеческие и другие клетки млекопитающих в состояние покоя через сходные или альтернативные пути и используют ли они его для одних и тех же целей, например, для приостановки или синхронизации своего развития и имплантации.

Открытия команды могут иметь значение для репродуктивной медицины.

«С одной стороны, известно, что более быстрое развитие увеличивает успешность экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), и усиление активности mTOR могло бы этого достичь. С другой стороны, запуск состояния покоя во время процедуры ЭКО мог бы обеспечить большее временное окно для оценки здоровья эмбриона и его синхронизации с матерью для лучшей имплантации в матку», — объясняет Риврон.

В целом, новые данные дают неожиданное представление о процессах, управляющих нашим самым ранним развитием, что может открыть новые пути для улучшения репродуктивного здоровья.