Яйцо #1: Бессмертная яйцеклетка

Биологи д-р Гарри Лейтч и профессор Азим Сурани описывают, как достижения в понимании развития яйцеклетки могут трансформировать репродуктивную и регенеративную медицину.

Яйцеклетка — самая крупная и одна из самых сложных клеток, производимых живыми организмами. Она также бессмертна. По словам физиолога Жака Леба (1913), «оплодотворённая яйцеклетка... живёт неограниченно долго, поскольку даёт начало не только новой особи, но, теоретически, бесконечной серии поколений».

У некоторых организмов яйцеклетка содержит всю информацию для развития во взрослую особь. Действительно, «девственное размножение» или партеногенез наблюдался у животных, таких как лягушки, ящерицы и даже недавно у акул. В этих случаях оплодотворения не происходит, и нет вклада отцовской ДНК, которую обычно предоставляет сперматозоид. Вместо этого яйцеклетка находит способ сохранить две копии материнской ДНК. Как только это достигнуто, всё необходимое для полного развития находится внутри неё, и по мере созревания эти факторы запускают программу развития.

Однако обычно развитие происходит после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, объединяющим ДНК от каждого родителя. Понимание этого замечательного процесса, особенно этапа стирания и перепрограммирования ДНК, — один из фокусов исследований в Институте Гёрдона.

Много десятилетий назад учёные обнаружили, что факторы в яйцеклетке обладают необычным свойством. Когда взрослая соматическая клетка (например, нервная или кровяная) вводится в яйцеклетку, даже если её собственный генетический материал удалён, оставшиеся факторы способны сбросить «часы развития» и стереть все признаки зрелой клетки. Эта реконструированная яйцеклетка, теперь содержащая генетическую информацию другого индивида, приобретает способность развиваться в новый организм. Такие клонированные животные из взрослых соматических клеток были впервые получены у лягушек и печально известны по овечке Долли.

Как же тогда у млекопитающих, включая человека, подавляется потенциал партеногенетического развития? Наши исследования показали, что ответ связан не с факторами внутри яйцеклетки, а с инструкциями, отмеченными на генетическом материале.

Материнский и отцовский генетический материал при оплодотворении несёт специфические импринтинги, подобные молекулярным флажкам на ДНК, унаследованным от каждого из родителей. Эти импринтинги не изменяют генетическое содержание, но влияют на экспрессию некоторых жизненно важных генов. По сути, этот родительский импринтинг означает, что только при объединении ДНК от обоих родителей при оплодотворении может происходить правильная экспрессия всех необходимых для полного развития генов.

Последние достижения в исследованиях стволовых клеток начинают прокладывать путь к получению клеток, которые становятся яйцеклетками и сперматозоидами млекопитающих — примордиальными зародышевыми клетками. Стволовые клетки, полученные из ранних эмбрионов или путём перепрограммирования взрослых соматических клеток, можно преобразовать в примордиальные зародышевые клетки, а потенциально — и в яйцеклетки и сперматозоиды. Главным препятствием будет правильный сброс родительских импринтингов. Недавняя работа в нашей лаборатории охарактеризовала процесс стирания, который происходит во время формирования зародышевых клеток и удаляет все существовавшие ранее импринтинги. Это оставляет генетическую информацию готовой для наложения новых импринтингов — процесс, происходящий во время развития яйцеклеток и сперматозоидов у растущего плода.

Воспроизведение этих шагов в чашке Петри будет серьёзной задачей на ближайшие годы. Достижения в механизмах сброса информации, переносимой на ДНК, могут быть широко применены для манипулирования стволовыми клетками и стирания нежелательной информации из больных тканей. Это также открывает перспективу получения сперматозоидов и яйцеклеток непосредственно из соматических клеток в культуре. Такие исследования не только помогают понять невероятную историю развивающейся яйцеклетки, но и представляют собой новый важный рубеж для репродуктивной медицины и лечения бесплодия, а также для регенеративной медицины в целом.