Необходимо всего 8 генов для превращения стволовой клетки в ооцит
В новом исследовании учёные из Японии продемонстрировали, что достаточно активации всего восьми генов для производства ген-контролирующих белков, превращающих стволовые клетки мыши непосредственно в ооцитоподобные клетки, способные к созреванию и даже оплодотворению.
Помимо нового понимания механизмов развития яйцеклеток, исследование может предоставить помощь в разработке простого способа получения узкоспециализированных веществ, уникальных для ооцитов, для использования в репродуктивной биологии и медицине.
Женская половая клетка (ооцит, или яйцеклетка) представляет собой самый первый шаг в создании новой жизни человека. Ооциты уникальны своей способностью производить более двухсот видов высокодифференцированных клеток, необходимых для создания индивидуального неповторимого организма. Одним из важнейших ключей к этой способности является сложный состав веществ в цитоплазме, заполняющей клетки.
Ооцит и его цитоплазма настолько необычны, что замена его ядра ядром соматической клетки может дать новую жизнь, как это было продемонстрировано на примере овечки Долли.
Таким образом, фундаментальное понимание свойств яйцеклетки важно как для развития репродуктивной медицины, так и для лучшего представления о воспроизводстве живых организмов. Однако до сих пор остаются неизученными многие гены, регулирующие развитие ооцитов.
Анализируя развитие яйцеклеток мышей, исследователи под руководством Катсухико Хаяси (Katsuhiko Hayashi), профессора факультета медицинских наук Университета Кюсю (Kyushu University) в Фукуоке, идентифицировали восемь генов белков-триггеров, известных как факторы транскрипции, которые не только необходимы для роста ооцитов, но также могут напрямую преобразовывать стволовые клетки мыши в ооцитоподобные клетки.
«Поначалу мне совершенно не верилось, что мышиные стволовые клетки так быстро и легко превращаются в ооциты на основе введения всего лишь нескольких факторов, но повторные эксперименты подтвердили, что это правда», — говорит Нобухико Хамазаки (Nobuhiko Hamazaki), доцент Университета Кюсю и первый автор статьи, опубликованной в Nature. «Было удивительно обнаружить, что восемь факторов транскрипции могут привести к таким глобальным изменениям».
Работая в сотрудничестве с исследователями из RIKEN, группа Хаяси обнаружила, что как эмбриональные стволовые клетки мыши, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПСК), которые могут быть созданы из клеток взрослого организма, последовательно превращаются в ооцитоподобные клетки, если их заставляют производить набор из восьми факторов транскрипции. Причем в некоторых случаях достаточно лишь четырех факторов, хотя это приводит к худшей воспроизводимости.
«Примечательно то, что стволовые клетки могут быть напрямую преобразованы в клетки, подобные ооцитам, без соблюдения той же последовательности стадий, которая происходит в естественных условиях», — говорит Хаяси.
Когда ооциты выращивали в присутствии других клеток, обычно обнаруживаемых вокруг них в естественных условиях, они развивались в структуры, подобные зрелым яйцеклеткам, но с аномальной структурой хромосом. Несмотря на это, зрелые ооцитоподобные клетки были способны к оплодотворению in vitro и далее демонстрировали ранние этапы развития. Некоторые даже достигли 8-клеточной стадии деления.
Несмотря на то, что модифицированные ядра ооцитоподобных клеток могут оказаться непригодными для использования в исследованиях с долгосрочной перспективой, они будут полезны в методиках, в которых необходима цитоплазма яйцеклеток. Например, для исследований в репродуктивной биологии и таких методов лечения как митохондриальная заместительная терапия, предотвращающая передачу от матери детям заболеваний, связанных с митохондриями.
«Цитоплазма ооцитов — бесценный ресурс в репродуктивной биологии и медицине, и этот метод может предоставить новый инструмент для получения ее в больших количествах без каких-либо инвазивных процедур», — говорит Хаяси. «Несмотря на то, что данные процессы могут быть намного сложнее у человека, полученные на мышах первые результаты весьма многообещающие».
