Сестринская жертва среди зародышевых клеток яичников — ключ к развитию яйцеклетки
Новое исследование Алана Спрадлинга и Лей Лей из Института Карнеги показывает, что яйцеклетки млекопитающих получают важнейшие клеточные компоненты на ранней стадии от своих недифференцированных сестринских клеток, называемых зародышевыми. Ранее этот механизм был задокументирован только у низших животных и может быть ключом к пониманию уникальных свойств яйцеклетки. Работа опубликована в Science First Release.
Яйцеклетки — единственные клетки человека и других животных, способные развиться в новый организм. Однако женское тело производит лишь небольшое их количество, что делает их лимитирующим фактором во многих аспектах репродуктивной науки.
Работая с мышами, Лей и Спрадлинг решили проверить гипотезу, что некоторые недифференцированные зародышевые клетки учатся развиваться в яйцеклетки очень рано, когда они находятся в небольших кластерах взаимосвязанных сестринских клеток, происходящих от одной родительской.
Подобные кластеры наблюдались у низших животных, например, у плодовой мушки. У мух большинство зародышевых клеток, известных как клетки-няньки, передают свои клеточные органеллы и цитоплазму одной клетке, которая и становится яйцеклеткой.
Однако до сих пор кластеры зародышевых клеток в яичниках млекопитающих большинством исследователей считались нефункциональным эволюционным пережитком. Но Лей и Спрадлинг обнаружили, что, как и у плодовых мушек, эти связанные сестринские зародышевые клетки млекопитающих также обмениваются цитоплазмой и органеллами, включая:
- Митохондрии — энергетические станции клетки.
- Аппарат Гольджи — упаковочная служба клетки.
- Центросомы — управляющие делением клетки.
В среднем мышином кластере из пяти зародышевых клеток четыре передают большинство своих органелл пятой, которая единственная становится яйцеклеткой. Новые органеллы объединяются в структуру под названием тельце Бальбиани — темное круглое образование, которое ранее наблюдали только в молодых яйцеклетках, но чье происхождение было неизвестно.
Когда исследователи блокировали этот перенос лабораторными методами, формировалось мало яйцеклеток. Так они продемонстрировали, что у млекопитающих, как у насекомых и беспозвоночных, существует эволюционно консервативный процесс передачи органелл от клеток-нянек к будущей яйцеклетке, который, вероятно, функционально важен.
Как эта жертва клеток-нянек помогает яйцеклетке обрести способность к развитию?
- Приобретение большого количества клеточного материала от сестринских клеток почти наверняка помогает яйцеклетке запустить программу роста, делая её самой крупной клеткой в теле млекопитающего.
- Лей и Спрадлинг также предполагают, что передача включает дополнительные факторы, которые «перепрограммируют» хромосомы яйцеклетки и дают ей способность развиться в эмбрион.
- Тельце Бальбиани, само образованное в результате переноса, может дополнительно поддерживать развитие яйцеклетки, производя питательные вещества или гормоны.
- Поврежденные клеточные органеллы могут в процессе переноса перемещаться наружу, подальше от яйцеклетки, очищая её.
«Понимание того, как строятся ооциты млекопитающих, значительно поможет в борьбе с человеческим бесплодием и улучшит животноводство», — прокомментировала Лей Лей.
«Эта работа также показывает важность использования модельных организмов, таких как плодовая мушка Drosophila, для изучения вопросов медицинской значимости, — добавил Аллан Спрадлинг. — Исследования на Drosophila направляли эту работу и будут необходимы для идентификации конкретных человеческих факторов и их генов, которые перепрограммируют яйцеклетки и делают развитие возможным».