Первые моменты жизни — это очень тонкий и одновременно невероятно активный процесс. Одна клетка становится двумя, потом четырьмя, а дальше включается целая система генетических сигналов, которые начинают управлять ростом будущего организма.
В этом процессе особенно важен ген NANOG. Ученые уже знали, что он необходим для раннего развития эмбрионов у мышей. Теперь исследователи смогли подтвердить: у людей он тоже играет критическую роль.
Ранее эксперименты на мышах показали, что NANOG важен для развития самых первых клеток, из которых затем формируется эмбрион. Он также участвует в образовании желточного мешка — структуры, которая поддерживает эти ранние клетки, пока они начинают строить новый организм.
Белок, который кодирует ген NANOG, тоже называется NANOG. Это транскрипционный фактор. Его задача — регулировать, какие участки ДНК будут превращаться в белки. Упрощенно, он работает как менеджер снабжения внутри клетки: включает или выключает нужные гены, чтобы белки производились в правильном количестве и в нужный момент.
Но между мышами и людьми есть важные различия. Исследования на мышах могут подсказать, что происходит в организме человека, но окончательно подтвердить это можно только на человеческом материале. А здесь возникают серьезные ограничения: исследования на человеческих эмбрионах, клетках и тканях гораздо сложнее с этической точки зрения.
Теперь международная команда ученых под руководством биолога развития Кэти Ниакан из Кембриджского университета провела тщательно спланированное исследование на реальных человеческих эмбрионах. Оно подтвердило: NANOG действительно необходим для раннего развития человеческого эмбриона. Но работает он не совсем так, как у мышей.
Один из лучших способов понять роль гена — отключить его и посмотреть, что изменится. В исследованиях на животных это часто делают с помощью генетического редактирования, например CRISPR/Cas9. Этот метод позволяет «разрезать» и «вставлять» фрагменты ДНК.
Но такие подходы могут иногда вызывать нежелательные изменения в ДНК и перестройки генома. Поэтому Ниакан и ее коллеги выбрали другой метод — редактирование оснований.
Исследования такого редактирования в человеческих эмбрионах пока находятся на ранней стадии. Большинство предыдущих работ использовали трипронуклеарные эмбрионы. Они считаются нежизнеспособными для ЭКО и часто не используются дальше.
У таких эмбрионов есть аномалии развития и хромосом, поэтому они не подходят для изучения нормального развития человека. Именно поэтому новое исследование особенно важно: в нем использовались не трипронуклеарные, а нормальные с точки зрения развития эмбрионы.
Эти эмбрионы были либо «избыточными» и пожертвованными людьми из программ вспомогательной репродукции и донорства яйцеклеток, либо были созданы из донорских гамет. Исследователи подчеркивают, что эмбрионам не позволяли развиваться дольше 14 дней.
Это первый случай, когда ученые изучили редактирование оснований в нормально развивающихся человеческих эмбрионах.
Метод позволил изменить всего одну «букву» в генетическом коде. В отличие от CRISPR, где редактирование затрагивает двойную цепь ДНК, здесь вмешательство было более точечным. Так ученые смогли нарушить нормальную работу NANOG в человеческих эмбрионах и эмбриональных стволовых клетках без нежелательных дополнительных изменений.
Когда NANOG отключили, плюрипотентные клетки эпибласта не смогли превратиться в стволовые клетки. Вместо этого они начали направляться в сторону клеток желточного мешка или плаценты.
Иначе говоря, эмбрионы как будто «запутались»: они направляли ресурсы на создание поддерживающей системы, а не на формирование основы будущего плода. При этом, в отличие от мышей, у людей NANOG, похоже, не является необходимым для развития желточного мешка.
У этой работы могут быть будущие применения в исследованиях и, возможно, когда-нибудь в репродуктивных технологиях. Но ученый по стволовым клеткам Душко Илич из Королевского колледжа Лондона, который не участвовал в исследовании, предупреждает: непосредственная ценность работы сейчас — механистическая, а не клиническая.
По его словам, исследование показывает потенциал редактирования оснований как научного инструмента, но не доказывает, что редактирование эмбрионов безопасно для клинического применения. Возможная связь с бесплодием, нарушениями имплантации или потерей беременности пока остается вопросом будущих исследований.
Биолог развития Робин Ловелл-Бэдж из Института Фрэнсиса Крика, который давал исследовательской группе обратную связь, отмечает: чем лучше ученые понимают самые ранние этапы развития человеческого эмбриона, тем больше шансов снизить страдания, разочарование и иногда тяжелые нарушения.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
