Ученые определили триггер формирования «голова-хвост» оси в эмбрионе человека

Исследователи выявили ключевые молекулярные события в развивающемся человеческом эмбрионе между 7-м и 14-м днями — одной из самых загадочных, но критически важных стадий развития.

Вторая неделя гестации — критический этап эмбриогенеза. Сбой развития в это время — одна из основных причин ранней потери беременности. Понимание этих процессов поможет узнать, как всё может пойти не так, и приблизит возможность исправления проблем.

Период до имплантации эмбриона в матку матери хорошо изучен in vitro. На седьмой день эмбрион должен имплантироваться, чтобы выжить. О его развитии после имплантации известно очень мало, так как он становится недоступным для изучения.

Новаторская работа профессора Магдалены Зерницкой-Гёц и её команды привела к созданию в 2016 году методики культивирования человеческих эмбрионов вне тела матери после имплантации. Это позволило впервые изучать их развитие до 14-го дня.

В новом исследовании команда сотрудничала с коллегами из Института Сэнгера, чтобы раскрыть молекулярные процессы на этой ранней стадии эмбриогенеза. Результаты впервые показали, что группа клеток вне эмбриона, называемая гипобластом, посылает сигнал эмбриону, который инициирует развитие оси тела «голова-хвост».

Когда начинает формироваться ось тела, симметричная структура эмбриона меняется. Один конец становится предназначенным для развития в головной, а другой — в хвостовой.

Новые результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что молекулярные сигналы, участвующие в формировании оси тела, имеют сходство с таковыми у животных, несмотря на значительные различия в расположении и организации клеток.

«Мы выявили паттерны экспрессии генов в развивающемся эмбрионе сразу после имплантации в матку, которые отражают множественные "разговоры" между разными типами клеток по мере развития эмбриона на этих ранних стадиях», — сказала профессор Магдалена Зерницка-Гёц.

Она добавила: «Мы искали генный "разговор", который позволит голове начать развиваться, и обнаружили, что он инициируется клетками гипобласта. Они посылают сообщение соседним клеткам эмбриона, которые отвечают: "Хорошо, теперь мы определимся, чтобы развиться в головной конец"».

Исследование выявило эти генетические «разговоры» путем секвенирования тысяч молекул матричной РНК (mRNA) отдельных клеток. Ученые зафиксировали меняющийся молекулярный профиль эмбриона после имплантации, показав прогрессирующую потерю плюрипотентности (способности эмбриональных клеток давать начало любому типу клеток будущего организма) по мере определения судеб разных клеток.

«Наша цель всегда состояла в том, чтобы получить представление о самом раннем развитии человеческого эмбриона в чашке Петри, понять, как начинается наша жизнь. Комбинируя нашу новую технологию с передовыми методами секвенирования, мы глубже изучили ключевые изменения, происходящие на этой невероятной стадии человеческого развития, когда, к сожалению, так много беременностей прерывается», — сказала Зерницка-Гёц.