В человеческом эмбрионе есть клетки, которые раздают указания другим.

Эмбриональное развитие многим кажется процессом почти мистическим: ну как же это, из одной единственной клетки – и вдруг целый человек (или корова, или рыба, и т. д.). Однако в эмбриональном развитии есть свои закономерности, которые действуют буквально в любом эмбрионе, будь то зародыш рыбы, птицы или зверя.

Человеческий эмбрион на стадии четырех клеток. (Фото: Wellcome Images / Flickr.com)

Эмбрион курицы с собственной осью тела (вверху) и со второй осью тела, расположенной ниже и правее и берущей начало от человеческих клеток зародышевого организатора. (Фото: I. Martin et al., Nature, 2018)

Хотя биологи довольно давно начали изучать развивающиеся зародыши, до поры до времени это были просто наблюдения: эмбриональные клетки делились, эмбрион менял форму, в нем появлялись зачатки органов и т. д. Но как клетки узнают, что им нужно переместиться туда или сюда, как они узнают, кем быть?

В начале 20-х годов прошлого века эмбриологи Ханс Шпеман и Хильда Мангольд обнаружили у зародышей амфибий группу клеток, которую назвали организатором – эти клетки указывали другим, как им развиваться. Тот участок зародыша, где сидит организатор, формирует хорду, нервную трубку (зачаток центральной нервной системы) и зачатки еще некоторых тканей.

Клетки организатора пересаживали другому зародышу в другое место – и в результате у зародыша с дополнительным организатором появлялся второй комплект хорды и нервной трубки, хотя без второго организатора в том месте, куда его пересадили, должны были возникнуть другие ткани.

Благодаря зародышевому организатору (или организатору Шпемана) биологи поняли, что за эмбриональным развитием можно не только наблюдать, но и манипулировать им, изменяя судьбу тех или иных частей зародыша.

Первый организатор нашли у саламандр, затем такие же клеточные зоны обнаружили у лягушек, птиц и мышей. С середины 90-х годов стали появляться работы, посвященные молекулярному устройству эмбрионального организатора: сначала удалось выяснить, какие сигнальные белки включают гены, которые придают зародышевым клеткам управляющие свойства, потом разобрались в молекулярных различиях внутри самого организатора.

Наконец, в 2007 году благодаря мышиным эмбрионам стало ясно, что сигналы, которые делают организатор организатором, приходят к эмбриону извне – из тех тканей, которые его окружают и питают.

И все это время исследователей мучил вопрос: есть ли эмбриональный организатор у человека. С одной стороны, их не может не быть, с другой – всякую гипотезу, даже самоочевидную, нужно подтверждать экспериментально.

Но эксперименты с человеческими эмбрионами во многих странах довольно сильно ограничиваются специальными законами. Поэтому исследователи из Рокфеллеровского университета пошли обходным путем: они сымитировали развитие эмбриона в лаборатории.

Сначала эмбриональные клетки человека выращивали на специальных носителях, на которых клетки могли бы сложиться в эмбрионоподобные структуры; одновременно их обрабатывали сигнальными белками, направляющими развитие зародыша. И, как оказалось, в некоторых клетках под действием сигнальных белков включились гены, которые работают именно у клеток эмбрионального организатора.

Более того, когда эти клетки пересадили зародышу курицы, у него появился второй зачаток нервной системы – помимо своего собственного, сформированного под действием собственного организатора. То есть клетки человека указали клеткам курицы, что им делать – ровно так, как клетки одного зародыша саламандры стали управлять клетками в другом зародыше саламандры в опытах Шпемана и Мангольд.

Человеческие клетки, таким образом, вели себя как настоящий зародышевый организатор, и в статье в Nature  авторы пишут, что и система молекулярных сигналов в них работала та же самая, что и во всех прочих организаторах.

Совсем не исключено, что в человеческом организаторе есть какие-то отличия от организаторов других организмов. Некоторые из таких отличий можно узнать, экспериментируя с вышеописанной модельной системой, когда эмбрионоподобные структуры получают в лаборатории, другие же особенности, может быть, станут понятны, только если изучать натуральный зародыш.

Но так или иначе, даже сейчас можно получить массу информации об индивидуальном развитии человека (и об аномалиях развития), вводя мутации в клетки зародышевого организатора и наблюдая, чем все закончится – именно такие эксперименты авторы работы планируют начать в ближайшее время.