Детальная клеточная карта раскрывает секреты формирования репродуктивных органов
Новое исследование картировало типы клеток, которые специализируются для формирования репродуктивных органов у обоих полов, выявив ключевые гены и сигналы, управляющие этим процессом. Результаты дают важное понимание состояний, влияющих на репродуктивные органы, и того, как химические вещества из окружающей среды могут влиять на репродуктивное здоровье.
Исследователи из Wellcome Sanger Institute и Европейского института биоинформатики EMBL (EMBL-EBI) использовали комбинацию технологий одноклеточной и пространственной геномики для анализа более полумиллиона отдельных человеческих клеток из развивающейся репродуктивной системы.
Опубликованное в Nature, исследование дает наиболее детальную на сегодняшний день картину того, как формируются репродуктивные органы в утробе матери, раскрывая ключевые биологические пути, определяющие их развитие.
Новое исследование раскрывает клеточные детали
Исследователи проанализировали более 500 000 отдельных клеток из 89 донированных образцов эмбриональных и фетальных тканей. Команда использовала:
- Одноклеточное РНК-секвенирование для измерения активности генов в каждой клетке.
- Одноклеточный анализ доступного для транспозазы хроматина (ATAC-секвенирование) для идентификации потенциально активных участков ДНК.
- Пространственную транскриптомику для определения точного местоположения активных генов в срезе ткани.
Это позволило построить детальную, клеточную карту того, как изначально простые Мюллеровы и Вольфовы протоки преобразуются в различные, связанные органы (например, маточные трубы, матку, шейку матки и влагалище или придаток яичка, семявыносящий проток и семенной пузырек).
Ключевые результаты и значение
- Гены и развитие протоков: Ученые выявили гены, способствующие созреванию Мюллерова протока у женщин, и гены, которые, вероятно, запускают его деградацию у мужчин.
- Моделирование развития: Был создан вычислительный модель для отслеживания активности генов вдоль растущих протоков. Это выявило постепенные, региональные сдвиги в активности генов и определило специфические сигнальные пути, которые помогают разделить протоки на отдельные органы.
- Обновленная модель HOX-кода: Исследование предлагает обновленную модель того, как HOX-код формирует репродуктивные органы, выявив ранее не описанные гены HOX, которые задают паттерн верхней части маточной трубы и придатка яичка.
- Внешние гениталии и гипоспадия: В развивающихся наружных гениталиях было прослежено, как формирование уретры различается у мужчин и женщин, что дает новые подсказки о причинах гипоспадии.
- Восприимчивость к окружающей среде: Используя органоиды (3D-модели) развивающейся слизистой оболочки матки, команда показала, что при воздействии таких соединений, как бисфенол А (BPA) и бутилбензилфталат (BBP), органоиды активировали гены, реагирующие на эстроген. Это подтверждает, что фетальная слизистая оболочка матки может инициировать генетический ответ на эстрогены из окружающей среды. Однако реальный уровень воздействия этих соединений в материнских условиях остается неясным.
Экспертные оценки
- Др. Валентина Лоренци: "Впервые мы можем детально увидеть, как собирается человеческая репродуктивная система до рождения. Эта карта определяет точные клетки и сигналы, формирующие каждый орган, и показывает, когда развитие наиболее уязвимо".
- Др. Сесилия Икорези-Мазцео: "Захват того, где происходит каждый сигнал, так же важен, как и знание того, что это за сигнал. Сохраняя пространственную информацию, мы можем наблюдать, как происходит регионализация".
- Др. Луз Гарсиа-Алонсо: "Нашей работой мы предоставляем дорожную карту, помогающую отслеживать генетические нарушения и понимать происхождение гистологических аномалий".
- Др. Розер Венто-Тормо: "Наш атлас предлагает этот недостающий элемент, предоставляя мощный ресурс как для фундаментальной науки, так и для клинических исследований".