На самых первых этапах специализации клетки зародыша выбирают свою судьбу, включая и выключая у себя самые разные гены.

Хотя мы говорим, что у эмбриональных клеток нет никакой заботы, кроме как постоянно делиться, и никакой специализации у них тоже нет, все же они отличаются друг от друга. И различия между ними появляются уже на самых ранних этапах эмбрионального развития.

Человеческий зародыш на стадии восьми клеток – через два-три дня после оплодотворения. (Фото: tomasreyesvarela / Flickr.com.)

В перспективе разные типы стволовых клеток зародыша дадут начало тканям и органам: эпителию, крови, мозгу с его бесчисленными нейронами и т. д. – все это произойдет по клеточным меркам еще нескоро, и путь специализации будет весьма долог, но начинается он, повторим, очень и очень рано. Еще до имплантации зародыша в стенку матки его клетки уже успевают разделиться на два сорта, а затем эмбрион только и делает, что растет да дифференцируется: разные его части приобретают характерные особенности, функции и т. д.

Понятно, что когда клетка хочет стать отличной от своих соседок, она меняет активность генов. Для разных функций нужны разные гены, так что клетки, выполняющие одинаковую роль, будут похожи и по генетической активности: у них будут работать примерно одни и те же гены, а другие же гены, наоборот, клетки отключат.

Хишам Мохаммед (Hisham Mohammed) и его коллеги из Бабрахамского института в Кембридже обнаружили, что когда эмбриональные клетки решают, кем им быть, то это вовсе не означает, что они вместе и дружно выключают у себя одни и те же гены и включают другие. Напротив, перед очередным этапом дифференцировки клетки включают и выключают что ни попадя, выбирая из генетического шума, что нужно, а что не нужно. И никакого соответствия в генетической активности между клетками тут нет; выбирая свою судьбу, они «шумят» несогласованно, включая и выключая гена в индивидуальном порядке, не оглядываясь на соседей.

Выяснить это удалось с помощью методов индивидуального секвенирования РНК: как известно, активность генов можно оценить по количеству молекул-посредников РНК, которые синтезируются на ДНК, и сейчас мы можем проанализировать состав таких РНК в одной-единственной клетке. И вот разнообразие РНК наглядно продемонстрировало тот кажущийся беспорядок, который царит в молекулярной кухне эмбриональной клетки перед очередным шагом в ее специализации.

Повключав и повыключав свои гены, клетка, в конце концов, понимает, что ей нужно в дальнейшей жизни, и впоследствии, когда выбор сделан, клетки одинаковой судьбы в генетическом плане ведут себя уже одинаково. Однако, как подчеркивают авторы работы в своей статье в Cell Reports, чтобы клетка пошла по тому или иному пути, в начале ей необходим именно такой шум. (Тут стоит уточнить, что исследователи занимались именно самыми первыми событиями клеточной дифференцировки, и, возможно, на более поздних этапах эмбрионального развития все обходится без «гадания по генам».)

Конечно, у генетического шума должны быть свои молекулярные регуляторы, которые запускают всю эту бурную молекулярную активность, но более подробные детали тут станут понятно только после следующих экспериментов.