Во всем мире исследователи пытаются найти все части головоломки, описывающей, как оплодотворенная яйцеклетка превращается в здоровое существо, чтобы получить подробное представление о процессе дифференциации от тотипотентных стволовых клеток. Эти знания необходимы для понимания механизмов, лежащих в основе врожденных заболеваний и пороков развития плода, и, в конечном итоге, для понимания того, как лечить заболевания с помощью стволовых клеток.
"Возможность следить за процессом дифференциации каждой клетки – это Святой Грааль биологии развития."- говорит Цяолинь Дэн, научный сотрудник отделения физиологии и фармакологии Каролинского института и больницы Каролинского университета, Швеция.
Доктор Дэн руководил исследованием, которое выявило новые детали критической фазы между прикреплением эмбриона к матке и формированием первой анатомической оси, после чего эмбриональные клетки начинают свой путь к созданию тела с спереди и сзади.
«Это критический период, когда создается вся анатомическая плоскость», – говорит она. "Если все пойдет не так гладко, это может вызвать порок развития плода или смерть."
Однако состояния развития клеток, участвующих в этом процессе, не всегда одинаковы. Чтобы составить карту того, что происходит в отдельных клетках, исследователи использовали секвенирование одноклеточной РНК на 1724 клетках из 28 эмбрионов мыши на четырех ранних стадиях развития (5.От 25 до 6.5 дней). В каждой клетке было экспрессировано в среднем 8 577 генов.
Затем с помощью биоинформатического анализа клетки были отсортированы по различным типам клеток в зависимости от того, какие гены были активными или неактивными, что позволило исследователям увидеть порядок, в котором гены были включены.
Результатом стала молекулярная дорожная карта событий, контролирующих дифференцировку клеток.
«Исследование выявило ранее неизвестные подробности того, что происходит до того, как ранний эмбрион обретает свою первую пространственную ориентацию, и показало, что клетки вдоль будущей оси голова-хвост имеют различный потенциал дифференцировки», – говорит доктор Дэн.
В то же время, когда начинает формироваться анатомическая ось, в женском эмбрионе происходит другой процесс, который содержит две X-хромосомы, по одной от каждого биологического родителя.
Предыдущие исследования на мышах показали, что отцовская Х-хромосома сначала полностью отключается в эмбрионе, поэтому женские эмбрионы не обладают вдвое большей генетической активностью, чем мужские. Копия отцовской Х-хромосомы остается выключенной в клетках, образующих плаценту и желточный мешок, но реактивируется в клетках эмбриона. Затем происходит случайная инактивация материнской или отцовской Х-хромосомы.
Таким образом, женские эмбрионы представляют собой «мозаику» клеток, в которой активна материнская или отцовская Х-хромосома.
Новое исследование показывает, что первая инактивация отцовской X-копии не происходит в той степени, в которой считалось ранее.
"Что интересно с точки зрения молекулы, так это то, что реактивируемые отцовские Х-хромосомы никогда не отключались полностью. Случайная инактивация также происходит с разной скоростью в клетках эмбриона."
Результаты исследования проливают новый свет на раннее развитие эмбриона у животных, включая человека.
«Знание событий и факторов, управляющих развитием эмбриона на ранней стадии, необходимо для понимания выкидышей и врожденных заболеваний», – говорит д-р Дэн. "Примерно три ребенка из 100 рождаются с пороком развития плода, вызванным неправильной клеточной дифференцировкой."