Стволовые клетки от некоторых бесплодных мужчин образуют половые клетки при пересадке мышам

Исследователи из Стэнфордского университета и Университета штата Монтана обнаружили, что стволовые клетки, созданные из кожи взрослых бесплодных мужчин, образуют примитивные половые клетки (предшественники сперматозоидов) при трансплантации в репродуктивную систему мышей.

Участвовавшие в исследовании бесплодные мужчины имели генетическую мутацию, препятствующую выработке зрелой спермы — состояние, известное как азооспермия. Результаты позволяют предположить, что у этих мужчин могли быть половые клетки в раннем возрасте, но они были утрачены к взрослому состоянию.

Хотя исследователям удалось создать примитивные половые клетки из клеток бесплодных мужчин, их стволовые клетки производили гораздо меньше таких клеток-предшественников спермы, чем стволовые клетки мужчин без мутаций. Работа предоставляет полезную и долгожданную модель для изучения ранних этапов человеческого размножения.

"Мы увидели лучшее образование половых клеток в этой модели трансплантации, чем когда-либо прежде", — сказала Рене Рейо Пера, PhD. — "Мы были поражены эффективностью. Наша мечта — использовать эту модель для создания генетической карты дифференцировки человеческих половых клеток, включая самые ранние стадии".

В отличие от многих других процессов, человеческое размножение значительно отличается от такового у лабораторных животных, таких как мыши. Кроме того, многие ключевые этапы, такие как развитие и миграция примитивных половых клеток в гонады, происходят в течение дней или недель после зачатия, что затрудняет их изучение.

Рейо Пера, ныне профессор Университета штата Монтана, является старшим автором статьи, которая будет опубликована 1 мая в Cell Reports. Ведущий автор — постдок Стэнфорда Сирил Раматал, PhD.

Методология исследования

Исследование использовало образцы кожи пяти мужчин для создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), способных становиться почти любой тканью организма. Трое мужчин имели мутацию на Y-хромосоме (известную как делеция региона AZF1), препятствующую выработке спермы; двое других были фертильны.

Образовавшиеся из стволовых клеток половые клетки останавливали дифференцировку у мышей до стадии зрелых сперматозоидов (вероятно, из-за различий между репродуктивными процессами человека и мыши), независимо от фертильности донора. Однако сам факт, что клетки бесплодных мужчин могли давать начало половым клеткам, стал неожиданностью.

Значение и перспективы

Предыдущие исследования на мышах с аналогичным типом бесплодия показали, что хотя у них были половые клетки при рождении, они быстро истощались. Результаты Стэнфорда позволяют предположить, что бесплодные мужчины могли иметь хотя бы несколько функционирующих половых клеток в младенчестве.

"Это исследование предоставляет захватывающий и важный шаг для перспектив клеточной терапии в лечении азооспермии", — сказал Майкл Эйзенберг, MD, из Стэнфорда.

Сбор и заморозка ткани, содержащей такие клетки, у мальчиков с известной мутацией может в будущем дать им возможность иметь собственных детей.

Исследователи отметили, что iPSC из кожи взрослых не требовали искусственной генетической манипуляции для дифференцировки в "клетки, подобные половым". Попадая в семенные канальцы мышей, они дифференцировались под влиянием окружающей среды, экспрессировали гены, характерные для примитивных половых клеток, и проходили процесс деметилирования, связанный с производством спермы.

Ключевые различия и будущие направления

Стволовые клетки от бесплодных мужчин с мутацией в регионе AZF1 были в 50–100 раз менее эффективны в образовании примитивных половых клеток по сравнению с клетками фертильных мужчин.

"Изучение причин этого поможет нам понять, в чем проблема у этих мужчин, и, надеюсь, найти способы ее преодоления", — сказала Рейо Пера.

Перспективы работы также включают помощь мужчинам, ставшим бесплодными после лечения рака.

"Возможность эффективно преобразовывать клетки кожи в сперматозоиды позволила бы этой группе стать биологическими отцами", — отметил Эйзенберг.

Исследователи планируют продолжить работу на моделях нечеловекообразных приматов и изучить влияние других типов мутаций, связанных с бесплодием, на производство половых клеток.