Стволовые клетки самоорганизуются в псевдоэмбрионы

Окончательная архитектура тела млекопитающих формируется вскоре после имплантации эмбриона в матку. Передне-задняя, дорсо-вентральная и медио-латеральная оси тела организуются под контролем генетических сетей, координирующих транскрипцию ДНК в различных областях эмбриона. Исследователи из Женевского университета (UNIGE), Кембриджского университета (Великобритания) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) сообщают о способности мышиных стволовых клеток формировать псевдоэмбрионы со схожими свойствами.

Эти структуры, называемые гаструлоидами, созданные всего из примерно 300 эмбриональных стволовых клеток, демонстрируют черты развития, сравнимые с задней частью эмбрионов возрастом от 6 до 10 дней. Исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что три основные эмбриональные оси формируются по программе экспрессии генов, аналогичной эмбриональной. Гаструлоиды обладают значительным потенциалом для изучения ранних стадий нормального или патологического развития эмбрионов млекопитающих.

Взаимозависимые процессы развития

Чтобы определить, организуются ли гаструлоиды в истинные эмбриональные структуры, ученые охарактеризовали уровень их генетической активации на разных стадиях развития. Они идентифицировали и количественно определили РНК, транскрибированную из гаструлоидов, и сравнили экспрессируемые гены с генами мышиных эмбрионов на сопоставимых стадиях развития.

Гаструлоиды формируют структуры, подобные задней части эмбриона, программа развития которой несколько отличается от программы развития головы. Эти псевдоэмбрионы экспрессируют гены, характерные для различных типов клеток-предшественников, необходимых для формирования будущих тканей. Сложность профилей экспрессии генов со временем возрастает, с появлением маркеров разных эмбриональных клеточных линий, подобно профилям, наблюдаемым в контрольных эмбрионах.

Гены-архитекторы активируются как в эмбрионе

Во время формирования передне-задней, дорсо-вентральной и медио-латеральной осей гаструлоидов исследователи обнаружили удивительное свойство: гены-архитекторы Hox, которые в эмбрионе обычно активируются в строгом последовательном порядке, были столь же хорошо активированы в гаструлоидах, выращенных in vitro. Реализация сети генов Hox во времени, имитирующая развитие хвостовой части эмбриона, подтверждает исключительно высокий уровень самоорганизации гаструлоидов.

Эти искусственные псевдоэмбрионы в некоторых случаях могут предложить альтернативный метод экспериментов на животных в соответствии с принципом 3R (сокращение, замена, усовершенствование). Гаструлоиды дополнят использование эмбрионов животных, тем самым сократив их количество в исследованиях эмбрионального развития млекопитающих.