Картирование различий в плюрипотентности между мышами, обезьянами и людьми

Новое исследование показывает, что некоторые стволовые клетки приматов обладают плюрипотентностью, превосходящей некоторые типы клеток, полученных от мышей. Исследование, опубликованное в Nature, картирует, как плюрипотентность различается у мышей, обезьян и людей, и впервые демонстрирует аналог в развитии для стволовых клеток приматов.

«Мы определили набор генов, полезный для прогнозирования свойств плюрипотентных стволовых клеток человека и обезьяны, прокладывая путь для исследований с использованием человеческих клеток», — говорит автор исследования Митинори Сайто.

Ранее было известно, что только стволовые клетки, полученные из ранних эмбрионов грызунов, обладают высшим уровнем плюрипотентности, позволяющим дифференцироваться в любой тип клеток.

«Эмбриональные стволовые (ES) клетки мыши, полученные из эмбрионов до имплантации, могут дифференцироваться во все три зародышевых листка и половые клетки. Клетки из эмбрионов после имплантации не столь гибки, — говорит Сайто. — С другой стороны, человеческие клетки, полученные из эмбрионов до имплантации, также известны своей способностью дифференцироваться в каждый зародышевый листок, но не стабильно в лабораторных условиях. Дифференциация в половые клетки — это то, что мы сейчас изучаем. Но место человеческих стволовых клеток в спектре плюрипотентности оставалось неопределённым».

«Механизмы развития эмбрионов значительно различаются у млекопитающих, — добавляет ведущий автор Томонори Накамура. — Но исследования развития млекопитающих почти исключительно полагались на мышиные клетки из-за технического удобства. Чтобы лучше использовать человеческие плюрипотентные стволовые клетки, крайне важно понять, какой стадии эмбриона ES и индуцированные плюрипотентные (iPS) клетки наиболее соответствуют с точки зрения плюрипотентности».

Исследователи провели всесторонний анализ генов, экспрессируемых во время эмбрионального развития у яванских макак, близких родственников человека. Для этого они разработали новую технику, способную обнаруживать минимальные количества транскриптов генов, например, из одной клетки.

Используя этот метод, команда определила наборы генов, характеризующие эмбриональное развитие у обезьян. Затем они сравнили, как эти гены экспрессировались в ES-клетках обезьян и iPS-клетках человека, и наблюдали сходные паттерны с эмбрионами обезьян через неделю после имплантации. «Мы обнаружили, что экспрессия генов меняется быстрее всего непосредственно до и после имплантации. Другим открытием стало то, что эмбрионы обезьян сохраняют плюрипотентность по крайней мере на неделю дольше, чем мыши, после имплантации, — объясняет Накамура. — Вместе это означает, что плюрипотентные стволовые клетки приматов обладают тем же уровнем плюрипотентности, что и эмбрионы обезьян через неделю после имплантации».

«С академической точки зрения наше исследование заполняет огромный пробел в знаниях о развитии человеческого эмбриона, а также об эволюционных различиях в развитии млекопитающих, — говорит Сайто. — В более прикладном контексте это может способствовать механистическому пониманию того, как возникает бесплодие после имплантации, как поддерживается плюрипотентность и как более точно контролировать индукцию дифференцировки».