Мигрирующие клетки зародыша ползут туда, где им нужно дать начало клеткам одного определённого типа, однако до самого конца они помнят, что у них есть и другие пути развития.

Оплодотворённая яйцеклетка быстро превращается в горстку малоотличимых эмбриональных клеток. Потом они станут отличаться друг от друга чуть больше и разделятся на несколько больших групп. Потом отличий у клеток станет ещё больше, и из них начнут формироваться разные зародышевые структуры. Про эмбриональные клетки говорят, что они омнипотентны, то есть всемогущи — могут превратиться в любую специализированную клетку. Они действительно всемогущи, но с какого-то момента их могущество слабеет: стволовая клетка из той или иной зародышевой структуры способна дать начало только некоторым тканям, хотя набор этих тканей может быть довольно своеобразным. Из омнипотентных они становятся мультипотентными, то есть не вообще всемогущими, а относительно всемогущими.

Зародыш полосатого данио через 22 часа после оплодотворения. (Фото: NIH Image Gallery / Flickr.com)

Например, у зародышей всех хордовых животных (к которым относятся и люди) довольно рано появляется так называемая нервная трубка — зачаток нервной системы. Верхняя часть трубки называется нервным гребнем. Из клеток нервного гребня получаются разные отделы периферической и центральной нервной системы, но, кроме того, от них происходят хрящевые и костные клетки лицевого отдела черепа, клетки, производящие зубной дентин, клетки соединительной ткани крупных кровеносных сосудов, кожные пигментные клетки меланоциты и ещё некоторые другие. То есть клетки нервного гребня, как видим, сохраняют большую долю всемогущества. При этом они охотно и далеко мигрируют по зародышу — что понятно, им ведь нужно формировать ткани разных типов в разных частях тела.

И вот в связи со всемогуществом стволовых клеток нервного гребня и в связи с их миграциями возникает вопрос, когда именно они решают, кем им быть. По одной гипотезе, когда клетка нервного гребня уползает из нервного гребня, её судьба уже отчасти решена, и чем дальше она мигрирует, тем меньше становится типов клеток, в которые она может превратиться. К месту назначения она приходит, уже будучи нацеленной только на что-то одно: дать начало меланоцитам кожи или каким-то хрящевым клеткам и т. д. По другой гипотезе, мигрирующая клетка нервного гребня сохраняет все возможности к превращению до тех пор, пока не приползёт на своё место.

Первая гипотеза обычно пользуется большей поддержкой, однако сотрудники Университета Бата пишут в Nature Communications, что обе гипотезы следовало бы объединить — тогда это будет больше похоже на реальное положение дел. Вместе с коллегами из Института общей генетики им Н. И. Вавилова Российской академии наук они экспериментировали с зародышами рыбы полосатый данио. У зародышей анализировали активность генов в мигрирующих клетках, которые должны были дать начало меланоцитам. Оказалось, что они в принципе сохраняют способность превращаться в клетки разных типов до последнего момента. Одновременно конкретные альтернативные пути развития у них заблокированы. Эти пути зависят от транскрипционных факторов — специальных белков, которые нужны, чтобы начать считывать информацию с того или иного гена. Разные гены запускают разные пути развития, но транскрипционных факторов для таких генов у мигрирующих клеток не было. Однако сама возможность выбирать между разными превращениями у них сохранялась. И если клеткам сменить окружение, сменить внешние условия, то окажется, что они вполне мультипотентны, то есть относительно всемогущи, и могут выбрать новую судьбу. У клеток, которые по-настоящему определились со своими перспективами, такой возможности нет, простой сменой условий вернуть их в мультипотентное состояние не получится, их специализация зашла уже далеко. (Мы знаем, что даже очень специализированную клетку взрослого организма можно превратить в стволовую, однако для этого нужны специальные лабораторные усилия, которые глубоко перестраивают активность генов.)

Эмбриональное развитие подчиняется фундаментальным законам, так что, скорее всего, то же самое, что исследователи увидели в зародыше рыб, происходит и в зародыше млекопитающих, включая человека. Как обычно говорят в таких случаях, зная эти законы, можно лучше понять причины различных врождённых аномалий развития. Кроме того, со стволовыми клетками связаны чисто практические надежды, что они помогут нам в регенеративной медицине, что с их помощью можно залечивать тяжёлые раны, восстанавливать органы и т. д. Возможно, что тут особенно пригодятся клетки нервного гребня, которые относительно легко можно направить по тому или иному пути развития.