Ученым удалось получить гаметы из эмбриональных стволовых клеток человека
Сотрудникам Медицинской школы Стэнфордского университета (США) удалось «уговорить» эмбриональные стволовые клетки человека стать половыми клетками — предшественниками яйцеклеток и сперматозоидов.
В отличие от предыдущих исследований, когда различные ученые получали незрелые половые клетки, эти функционируют довольно хорошо.
«10–15% супружеских пар планеты бесплодны, — говорит автор исследования Рене Рейхо Пера (Renee Reijo Pera), директор Стэнфордского научно-образовательного центра исследований эмбриональных стволовых клеток человека. — Около половины этих случаев связано с неспособностью организма вырабатывать яйцеклетки или сперму. Однако генетические исследования в утробе матери по-прежнему считаются «неэтичными и неприемлемыми», хотя обнаружение генов, необходимых для формирования человеческого зародыша, может раз и навсегда решить проблему бесплодия».
Предыдущие попытки изучения бесплодия были затруднены тем, что репродуктивный цикл человека — в отличие от многих других биологических процессов — не может быть надлежащим образом воспроизведен в животных моделях. Более того, поскольку половые клетки начинают формироваться на самых ранних этапах эмбрионального развития (от восьми до десяти недель), существует нехватка человеческого материала для исследований. «Люди имеют уникальную репродуктивную систему, — подчеркивает Рене Рейхо Пера. — До сих пор мы опирались на эксперименты на мышах, и наша работа — это первое доказательство того, что в лабораторных условиях можно создать функциональные половые клетки человека».
Г-жа Пера и ее коллеги исходили из результатов своего же исследования середины 1990-х годов, которое выявило ряд генов, связанных с мужским бесплодием. Гены так называемой семьи DAZ уникальны тем, что кодируют РНК-связывающие белки, а не факторы транскрипции ДНК, которые являются более известными регуляторами внутриклеточных событий.
На этот раз ученые обработали человеческие эмбриональные стволовые клетки белками, которые стимулируют образование половых клеток, но изолировали те, что способствуют экспрессии генов, присущих половой клетке. В дополнение к этому стволовые клетки были избавлены от модификаций (метильных групп) в своих ДНК, которые наделяют клетки конкретными чертами, препятствующими их способности функционировать в половом качестве.
Затем была использована техника РНК-глушения, чтобы исследователи могли изучить, каким образом блокировка экспрессии каждого из трех генов семьи DAZ в эмбриональных стволовых клетках влияет на формирование гамет. Одновременно были рассмотрены последствия гиперэкспрессии этих генов.
Выяснилось, что ген DAZL активен на ранних стадиях гаметогенеза, а два других члена семьи — DAZ1 и BOULE — заставляют клетки дифференцироваться. Одновременная гиперэкспрессия всех трех генов позволила ученым создать гаплоидные клетки с экспрессией генов, имеющихся у взрослых сперматозоидов. Всего после двухнедельного эксперимента по дифференциации стволовых клеток 2% стали гаметами.
Эффект генов DAZ варьировался в зависимости от того, какому эмбриону принадлежали стволовые клетки — мужскому или женскому. Гиперэкспрессия гена BOULE повышала возможность появления половых клеток с 2 до 12% у женских стволовых клеток, а у мужских не давала эффекта. Возможно, BOULE, кодирующий одноименный белок, играет более важную роль по сравнению с другими генами.
Ученые намерены применить тот же подход к оптимизации производства яйцеклеток из эмбриональных стволовых клеток, а также изучить возможность использования перепрограммированных взрослых клеток (индуцированных плюрипотентных) для создания половых клеток. Если эта попытка увенчается успехом, мы сможем создавать новых людей в буквальном смысле из клеток собственной кожи.
Помимо лечения бесплодия, предложенная исследователями стратегия может оказаться полезной для понимания причин возникновения врожденных отклонений. «Большинство таких дефектов вызываются неправильным развитием яйцеклеток и сперматозоидов, — говорит Рене Рейхо Пера. — Мы пока не знаем, почему этих ошибок так много. Наше исследование дало систему, по которой мы сможем сравнить ошибки в половых и соматических клетках. Например, можно взглянуть на то, как влияют токсины, разлитые в окружающей среде, на дифференциацию половых клеток».
Подготовлено по материалам Стэнфордского университета.
