Главная  Информация для покупателей  В человеческих клетках обнаружен животный эмбриональный организатор

В человеческих клетках обнаружен животный эмбриональный организатор

23 мая 2018


Новое исследование подтверждает, что кластер клеток, который определяет судьбу других клеток в развивающемся эмбрионе, эволюционно сохраняется во всем животном мире.

Эмбриональные стволовые клетки человека (красный), имплантированные в живой эмбрион курицы.

Согласно исследованию, опубликованному 23 мая 2018 года в Nature, организационный центр, или центр Шпеманна — группа клеток эмбриона, которая предопределяет развитие и морфогенез других эмбриональных клеток, впервые была идентифицирована в тканях человека.

«Для многих из нас это всегда был Святой Грааль» биологии развития«,- говорит Гильермо Оливер, директор Центра исследований сосудистой и развивающей биологии в Северо-западной Фейнбергской Медицинской Школе, который не участвовал в исследовании. «Тот факт, что теперь вы можете взять стволовые клетки и повторить эти свойства с помощью комбинации участников, описанных здесь, поражает воображение ». Эмбриолог Университета Рокфеллера Али Бриванлу и его коллеги сообщают, что, когда они имплантировали человеческие стволовые клетки, обработанные Wnt и Activin (два сигнальных белка, участвующих в экспрессии гена органайзера у животных), в эмбрионы цыплят, привитые клетки инициировали прогресс развития клеток вокруг себя. Впервые проведен эксперимент, доказывающий существование организатора клеток у людей, взаимосвязанность работы Wnt и Activin, и доминирование организационного центра в эмбриональном развитии.

Обнаружение организатора и появление в связи с этим новой области современной эмбриологии произошло почти столетие назад. Хильда Мангольд, кандидат наук в лаборатории немецкого зоолога Ганса Шпеманна, написала диссертацию в 1924 году, в которой впервые описала организатор. Мангольд и Шпеманн наблюдали в эмбрионе саламандры четкую форму и морфологию в некоторых клетках вдоль нейронной оси — части эмбриона, которая станет центральной нервной системой и одной из первых структур, образующихся во время развития. Когда они прививали эти клетки от одного эмбриона к другому, трансплантированные клетки индуцировали образование второй оси развития у «эмбриона-подвоя». Мангольд погибла в аварии в 1924 году в возрасте 25 лет. Шпеманн продолжил исследование и получил Нобелевскую премию 1935 года в области физиологии и медицины за данное открытие.

Куриный эмбрион, окрашенный человеческим специфическим ядерным антигеном.

«Это привело к коренной ломке представлений в эмбриологии, потому что это стало переходной точку между эмбриологией описательной и эмбриологией прикладной », - говорит Бриванлу. Это побудило эмбриологов задаваться вопросами о том, где в эмбрионе скрыта информация о создании различных органов, добавляет он. Но этим вопросам было суждено остаться без ответа почти столетие. Только в середине 1990-х годов прогресс в молекулярной биологии и генетике позволил начать исследование сигнальных путей, участвующих в этих процессах. В эпохальном для эмбриологии исследовании, опубликованном в 1998 году, генетик из Университета Кембриджа Джон Гёрдон и его коллеги показали, что Wnt и Activin участвуют в контроле экспрессии генов, что приводит к появлению организатора у эмбрионов лягушки. Затем, в 2000 году, Кира Гистман, клеточный биолог Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна, связала центральный сигнальный путь с организатором. И в 2007 году Патрик Там, эмбриолог из Университета Сиднея, показал, что у эмбрионов мыши эти сигналы поступают из внеэмбриональной ткани — структур, которые окружают и поддерживают эмбрион по мере его развития.

Задачей Бриванлу и его коллег являлось определения истоков человеческого организатора. В 2014 году, обработав человеческие эмбриональные стволовые клетки, выращенные на дисках с четвертым костным морфогенетическим белком — BMP4 (группа данных белков названа так потому, что этот класс факторов роста был открыт в процессе изучения индуцирования развитие кости и хряща), они заставляли клетки дифференцироваться и организовываться в концентрические кольца слоев эмбриональной ткани. Используя секвенирование РНК, команда обнаружила, что BMP4 включает один из генов, а именно, Wnt3, который затем стимулирует экспрессию. Они определили сигнальный путь, который порождает организатора, и при этом продемонстрировали, что он эволюционно сохраняется среди видов.

В этом последнем эксперименте, когда они прививали человеческие эмбриональные стволовые клетки, обработанные Wnt и Activin в куриные эмбрионы, последние заставляли клетки вокруг себя формировать вторую нервную ось в виде линии клеток, движущихся вдоль одной из сторон эмбриона. Это наглядно продемонстрировало, что сигнализация Wnt и Activin запускает некоторые из клеток человеческих эмбрионов находящихся на ранних стадиях и побуждает их стать организатором. Бриванлу и его коллеги воссоздали эксперимент Мангольда и Спеманна 1924 года и сделали это, манипулируя плюрипотентными человеческими клетками, выступающими в качестве организатора.

«Самое интересное заключается в том, что Бриванлу использовал действительно передовые подходы, чтобы продемонстрировать, что идея организатора и, в частности, генетические и молекулярные механизмы, которые были описаны для животных систем, могут быть использованы в человеческой модели », - говорит Даниэль Кесслер, эмбриолог Университета Пенсильвании, который не участвовал в исследовании. «Мы подобрались настолько близко, что скоро достигнем окончательной демонстрации того, что эти принципы и механизмы применимы и в человеческом эмбрионе».

Это открытие может привести к успехам в применении стволовых клеток в медицине, — говорит Кесслер. «Естественные механизмы, которые позволят нам направлять стволовые клетки к конкретным клеточным скоплениям — ​​гены, сигналы, обеспечивающие пространственный и временный контроль — те, которые будут наиболее эффективно использоваться в системах in vitro (специальные инкубаторы лабораторные для выращивания стволовых клеток), где мы пытаемся направить стволовые клетки на развитие нужных участков, что может быть потенциально использовано в лечебных целях», — говорит он. «Теперь у нас есть преимущество — мы можем использовать индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, полученные от пациентов», — добавляет он. «В конечном итоге, можно будет попытаться использовать его для имитации этого процесса клетками, полученными от пациента» и определить, как генетические мутации вызывают то или иное генетическое заболевание. «На сегодняшний день это главный прорыв». Бриванлу говорит, что открытие может стать началом революции в регенеративной медицине. «Я думаю, что медицина в будущем будет не лечить органы, а заменять их», — говорит он. «Чтобы это произошло, нам нужно многое узнать о происхождении некоторых вещей». Для него это открытие также имеет еще более глубокий смысл: «Люди всегда интересовались собственным происхождением. Удивительная способность, которая дает нам возможность наблюдать наши ранние моменты развития и генезиса, — это то, что для меня столь же, если не больше, привлекательно, чем рассматривать фотографии с телескопа Хаббла».

Другая информация

18 октября
Получен новый, простой, но эффективный диод для микроволн

Ученые из Китая и Канады разработали проект и создали диод для микроволновых устройств и квантовых компьютеров.

14 октября
Ученые описали новый фундаментальный тип пространственной изомерии

Eчёные смогли описать новый тип пространственной изомерии, соответствующий молекулам органического типа.

10 октября
Химики создали каркас, способный очистить этилен на 99,99%

По данным статистики, в прошлом году было произведено около 170 млн. тонн этилена. Именно поэтому учёные озаботились тем, чтобы научиться получать быстро максимально очищенный продукт.

07 октября
Российские ученые представили прототип двухкубитного квантового компьютера

Кубиты более универсальны и функциональны, чем биты, поскольку помогают проводить грандиозные вычисления со скоростью на порядок выше ныне существующих.

04 октября
Голубой углерод образуется при участии макроводорослей

После анализа практически 580 образцов морских метагеномов стала известной судьба голубого углерода повсеместно.

Вся информация