Отсутствие всего одного гена может помешать правильному формированию эмбрионов

Фото из открытых источников

Первые мгновения жизни — это деликатный, но в то же время напряженный период, когда одна клетка превращается в две, затем в четыре, и множество генетических сигналов начинает управлять их ростом.

В этом процессе ген NANOG играет важную роль на ранних стадиях развития эмбрионов. Ученые и раньше знали, что это верно для мышей, но теперь можно с уверенностью сказать, что то же самое относится и к людям. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Nature.

В ходе более ранних экспериментов на мышах исследователи обнаружили, что NANOG играет ключевую роль в развитии самых первых клеток, из которых впоследствии формируется эмбрион. Он также участвует в образовании желточного мешка, который необходим для поддержания этих начальных клеток по мере того, как они постепенно начинают строить совершенно новое животное.

Белок, кодируемый геном NANOG (он называется NANOG, курсивом не выделяется), является фактором транскрипции.

Его задача (у мышей, людей и других млекопитающих) — регулировать, какие участки ДНК транслируются в белки, своего рода выполнять функцию менеджера по снабжению в клетке.

В зависимости от обстоятельств, он может включать или выключать определенные гены, чтобы обеспечить производство необходимого количества белков в нужное время.

Хотя мыши и люди имеют много общих анатомических черт, между нами, очевидно, существует множество различий. Поэтому, хотя исследования на мышах могут намекать на то, что происходит в человеческом организме, мы никогда не узнаем наверняка, так ли это на самом деле, пока не проведем соответствующие эксперименты.

И зачастую это непростая задача, поскольку ученые используют мышиные клетки не просто так: этические ограничения на исследования с участием человеческих тел, эмбрионов и клеток гораздо шире, чем на исследованиях с мышами.

Теперь, благодаря тщательно спланированному исследованию на реальных человеческих эмбрионах, международная группа исследователей во главе с биологом-эмбриологом Кэти Ниакан из Кембриджского университета подтвердила, что NANOG действительно играет важную роль в развитии человеческого эмбриона, но не так, как это происходит у мышей.

Один из лучших способов понять, как работает тот или иной ген и какое влияние он оказывает, — это его отключить.

Именно так обычно поступают исследователи, изучая механизмы действия генов на животных моделях, таких как мыши: они «выключают» определенный ген, используя методы редактирования генома, такие как CRISPR /Cas9, которые используют ферменты для «вырезания» и «вставки» фрагментов ДНК.

Однако эти методы нокаута иногда могут приводить к нецелевым изменениям ДНК и перестройкам генома, поэтому Ниакан и его коллеги выбрали другой подход: редактирование оснований.

Исследования по применению редактирования оснований в эмбрионах человека все еще находятся на ранней стадии. Большинство исследований до сих пор проводились с использованием трипронуклеарных эмбрионов (которые не считаются жизнеспособными при ЭКО и поэтому часто отбрасываются).

Эти эмбрионы имеют аномальные особенности развития и хромосомные дефекты, поэтому их не используют в ЭКО, и, следовательно, они более доступны для исследований. Но именно поэтому они мало что могут рассказать нам о нормальном развитии человеческого эмбриона.

В центре этого исследования находились либо «избыточные» эмбрионы, пожертвованные людьми, участвующими в программах вспомогательной репродукции и обмена яйцеклетками, либо эмбрионы, полученные из гамет доноров. Другими словами, они не были трипронуклеарными: они были «нормальными».

Это первый случай, когда ученые исследовали редактирование оснований ДНК в эмбрионах с нормальным развитием (которым, как отмечают исследователи, не позволяли развиваться дольше 14 дней).

Изменив всего одну нуклеотидную букву в генетическом коде (в отличие от двухцепочечных изменений, используемых в CRISPR), Ниакан и его коллеги смогли нарушить нормальную функцию NANOG в эмбрионах человека и эмбриональных стволовых клетках человека, не внося никаких других нежелательных изменений.

При отключенном NANOG плюрипотентные клетки эпибласта не могли трансформироваться в стволовые клетки. Вместо этого они перенаправлялись на формирование желточного мешка или клеток плаценты.

Другими словами, эмбрионы «запутались», направив все свои ресурсы на систему жизнеобеспечения, а не на строительные блоки настоящего плода. Но, в отличие от того, что наблюдалось у мышей, NANOG, по-видимому, не является необходимым для развития желточного мешка у человека.

Хотя результаты этого исследования могут найти применение в будущих научных исследованиях и, предположительно, в репродуктивных технологиях, учёный-исследователь стволовых клеток Душко Илич из Королевского колледжа Лондона, не принимавший участия в исследовании, предупреждает, что «непосредственная ценность исследования заключается в изучении механизмов, а не в клиническом применении».

«Эта работа также демонстрирует потенциал редактирования оснований в качестве исследовательского инструмента, но она не доказывает безопасность редактирования эмбрионов для клинического применения», — говорит он. «Аналогично, любая связь с бесплодием, неудачной имплантацией или потерей беременности остается перспективной».

Однако, как отмечает биолог-эмбриолог Робин Ловелл-Бэдж из Института Фрэнсиса Крика, предоставивший свои комментарии исследовательской группе: «Чем лучше мы понимаем ранние этапы развития человеческого эмбриона, тем больше у нас шансов уменьшить стресс, разочарование и порой изнурительные расстройства».