Молекулярные сигналы помогли лабораторному псевдозародышу обрести перед и зад.

На самых первых стадиях развития зародыш млекопитающих представляет собой микроскопический мешок с эмбриональными стволовыми клетками внутри. Эти клетки, как известно, могут потенциально бесконечно делиться, однако в ходе эмбрионального развития они постепенно превращаются в разные типы других клеток, специализирующихся на той или иной функции. Но ведь стволовые клетки не просто превращаются в другие – по ходу дела зародыш меняет форму, у него появляются перед и зад, верх и низ, зачатки органов и пр.

Гаструлоид (зародышеподобная структура, имитирующая стадию гаструлы) в возрасте семи дней; хвостовые клетки окрашены розовым, предшественники нервных клеток, распределенные вдоль гаструлоида – зеленым. (Фото: Mehmet Girgin / EPFL)

Исследователи из Кембриджа и Женевского университета сумели в лабораторных условиях направить развитие стволовой клеточной массы так, чтобы она стала похожа на настоящий зародыш именно по трехмерной структуре. Леонардо Беккари (Leonardo Beccari) и его коллеги взяли скопление из примерно двухсот пятидесяти эмбриональных стволовых клеток мыши и поместили их в питательную среду, после чего с помощью специального вещества сразу же включили в них сигнальный путь Wnt. Сигнальными путями называют сложные последовательности молекулярных реакций, которые распространяются по сигнальным белкам. Такие пути регулируют все стороны жизни клетки, в том числе деление, а также управляют общением клетки с ее соседями.

Wnt-путь как раз из тех, что регулируют эмбриональное развитие и дифференцировку клеток, то есть их постепенное превращение из стволовых в специализированные. Было известно, что от него зависит формирование осей в зародыше, однако у биологов, разумеется, здесь оставались вопросы к тому, как именно работает Wnt-путь, достаточно ли его одного, сработает ли он в искусственных условиях.

В статье в Nature говорится, что Wnt-сигнал вполне работает на лабораторном комке клеток и одного его вполне достаточно, чтобы у такого псевдозародыша появились перед, зад, верх, низ, право и лево. Их появление можно было отследить по активности генов в разных частях клеточного кластера: в его носовой части гены работали иначе, чем в хвостовой, и т. д. В частности, это было хорошо видно по Hox-генам, которые как раз создают план организма: в разных частях зародыша работают разные Hox-гены, благодаря которым на месте хвоста появляется хвост, а на месте лапы – лапа. Они подчиняются сигналам Wnt, и в псевдозародыше было как раз хорошо видно, как в разных его частях запускаются те ли иные Hox. Можно сказать, что псевдозародыш как бы перешел на следующую стадию развития – он стал так называемым гаструлоидом (то есть превратился в нечто, имитирующее стадию гаструлы в эмбриональном развитии).

При этом специализация частей тела не пошла дальше определенной точки, потому что, к примеру, чтобы начал формироваться зачаток головы, Wnt-путь должен замолчать. Кроме того, у гаструлоида никак не могла бы начать формироваться сложная архитектура предшественников разных тканей – одного только Wnt тут недостаточно. Но в любом случае авторы работы смогли прояснить роль одного из главнейших сигнальных путей, заодно поняли, что его можно изучать на зародышеподобных структурах, в буквальном смысле слепленных на лабораторном столе – возможно, дальнейшие эксперименты здесь помогут нам понять тайны некоторых врожденных патологий.

По материалам The Scientist.