Молодые сперматозоиды, готовые к великому
В организме клетка кожи всегда останется клеткой кожи, а клетка сердца — клеткой сердца. Но в первые часы жизни клетки зарождающегося эмбриона становятся тотипотентными: они обладают невероятной гибкостью, чтобы превратиться в клетки кожи, сердца, кишечника или любого другого типа.
Долгое время считалось, что слияние яйцеклетки и сперматозоида запускает драматические изменения в том, как и какие гены экспрессируются. Однако новое исследование показывает, что тотипотентность — это ступенчатый процесс, проявляющийся уже в предшественниках сперматозоидов, называемых взрослыми стволовыми клетками зародышевой линии (AGSCs), которые находятся в семенниках.
Исследование было совместно проведено Брэдли Кэрнсом, доктором философии, профессором онкологических наук Университета Юты и исследователем Института рака Хантсмана, и Эрнесто Гуччоне, доктором философии, из Агентства науки, технологий и исследований Сингапура. Они тесно сотрудничали с первым автором и постдокторантом Института рака Хантсмана Саером Сью Хаммондом, доктором философии. Исследование было опубликовано онлайн в журнале Cell Stem Cell.
Обычно предшественники сперматозоидов ведут обычную жизнь. Они делятся, производя больше таких же клеток, пока не получат сигнал, предписывающий им созреть в сперматозоиды.
Однако есть свидетельства, что у этих клеток есть потенциал для большего. В необычных условиях, способствующих образованию плотных раковых масс, называемых тератомами яичка, молодые сперматозоиды превращаются в предшественников кожи, мышц и кишечника.
Это осознание побудило исследователей изучить генную программу в предшественниках сперматозоидов. Они задались вопросом: будет ли она похожа на программу клетки, обречённой стать одним типом клеток, или на программу клетки с потенциалом стать чем угодно?
Ответ, который они нашли, заключается в том, что предшественники сперматозоидов находятся где-то посередине. Самое показательное свидетельство — статус квартета генов: Lefty, Sox2, Nanog и Prdm14. При активации эти гены могут запустить каскад событий, придающих клеткам свойства стволовых. В клетках, ограниченных одним типом, эти гены молчат.
Однако в предшественниках сперматозоидов гены несут код химических меток, называемых метильными группами, что указывает на то, что четыре гена заглушены, но готовы стать активными. Другими словами, в этих клетках заложен потенциал стать тотипотентными.
Кэрнс сравнивает метки на «готовых» генах с закладками. «Сперматозоиды и их предшественники ставят "закладки" на всех важных генах, к которым им нужно быстро получить доступ». Как он объясняет, после оплодотворения клетки должны стать полностью тотипотентными за короткое время. «Тогда, когда сперматозоид и яйцеклетка соединяются, всё, что нужно сделать, — это завершить работу, которую вы уже начали».
Этот инженерный принцип, как он его называет, обеспечивает быстрое и точное протекание перехода.
Этот результат — лишь один из многих, которые вместе составляют подробное руководство, документирующее генетические и эпигенетические изменения, происходящие на пути к тотипотентности. Этот богатый ресурс будет направлять будущие исследования к более глубокому пониманию тотипотентности, рака и оплодотворения.