Две клетки, составляющие однодневный человеческий эмбрион, на первый взгляд выглядят совершенно одинаково. Но новое исследование показывает, что большая часть человеческого тела формируется только из одной из этих клеток. Ученые Калифорнийского технологического института считают, что это открытие поможет повысить вероятность успеха процедур экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
Эмбрион человека при развитии постоянно нарушает симметрию
Две клетки, составляющие однодневный человеческий эмбрион, на первый взгляд выглядят совершенно одинаково. Но новое исследование показывает, что большая часть человеческого тела формируется только из одной из этих клеток. Ученые считают, что это открытие поможет повысить вероятность успеха процедур экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
Живой человеческий эмбрион (слева) показан на стадии восьми клеток, когда он уже претерпевает асимметричное деление клеток (асимметричное деление клеток синим цветом, справа; иллюстрация художника). Sergi Junyent
Али Бриванлоу, биолог: «Жизнь состоит из постоянного нарушения симметрии».
Работа показывает, что после самого первого деления оплодотворенной яйцеклетки у образовавшихся клеток будет разная судьба. Работа было опубликовано в журнале Cell.
Истоки асимметрии
Развитие эмбриона. Схема из статьи биологов.
Исследователи всегда считали, что все клетки эмбрионов, содержащих менее 16 клеток — идентичны, а специализироваться клетки начинают только на более поздних стадиях развития. Ведь зиготы, разделившиеся на два отдельных эмбриона уже после того, как произошло несколько клеточных делений, все равно могут превратиться в однояйцевых близнецов. Но это справедливое в некоторых случаях наблюдение оказалось довольно поверхностным. Как правило, все происходит иначе.
Но в 2001 году биолог Магдалена Зерницка-Гетц, сейчас работающая в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, стала соавтором статьи, в которой было показано, что первые две клетки эмбриона мыши различны. Одна из двух клеток делится на клетки-потомки, которые в основном составляют большую часть эмбриона мыши, тогда как потомки другой клетки в основном формируют желточный мешок, необходимый для питания эмбриона.
Зерницка-Гетц давно хотела узнать, наблюдается ли то же самое у людей. «Моей мечтой было понять, как клетки определяют свою судьбу и как начинает развиваться сложная жизнь», — говорит она. Но исследовать это оказалось трудно: эмбрионы, полученные из клиник ЭКО, обычно уже содержат десятки клеток.
Долгое деление
Бластомер после двух делений. Одна из двух клеток уже разделилась, а вторая еще не начала. Вероятно, из первой и разовьется большинство органов.
Но Зерницка-Гетц в конце-концов нашла клинику ЭКО, которая смогла предоставить ее лаборатории 54 оплодотворенные яйцеклетки, которые еще не полностью завершили свое первое деление, так называемые бластомеры. Исследователи позволили оплодотворенным яйцеклеткам разделиться в лаборатории и пометили один из образовавшихся бластомеров флуоресцентным белком. Это позволило им отслеживать потомков каждого бластомера по мере развития эмбриона.
Исследователи выращивали эмбрионы в культуре в течение четырех-пяти дней, пока они не начали формировать отдельные структуры. Анализ показал, что большая часть клеток в структуре, которая впоследствии станет плодом, произошла из бластомера, который делился быстрее. Потомство бластомера, которое делилось медленнее, имело тенденцию превращаться в желточный мешок. Корреляция не была точной, говорит Зерницка-Гетц: эти первые две клетки лишь «склонны» к формированию той или иной системы, но судьба их потомков еще не предрешена.
Биолог Али Бриванлоу из Университета Рокфеллера Бриванлу говорит: «Чем больше мы на это смотрим, тем больше я понимаю, что жизнь состоит из постоянного нарушения симметрии».
Одностороннее развитие
Пока неясно, что является причиной асимметрии. У мышей место, в котором сперматозоид попадает в яйцеклетку, влияет на то, как яйцеклетка делится. Зерницка-Гетц говорит, что и другие факторы, например, структура хромосом в яйцеклетке, также могут влиять на баланс.
По словам Зерницкой-Гетц, знание того, какие клетки с большей вероятностью формируют плод, позволит клиникам ЭКО лучше проверять эмбрионы и находить те, которые с наибольшей вероятностью приведут к успешной беременности: