Анализ РНК раскрывает механизмы фертильности кошек и даёт надежду для исчезающих диких видов
Создание живых эмбрионов с помощью технологий искусственного воспроизводства — перспективный путь для спасения млекопитающих, находящихся под угрозой исчезновения. Чтобы вырастить in vitro достаточное количество женских гамет, пригодных для оплодотворения, учёным необходимо воспроизвести естественное развитие фолликулов яичника с самой ранней — примордиальной — стадии. Первый всесторонний анализ экспрессии генов (транскриптома) в ранних фолликулах яичника домашних кошек даёт представление о фундаментальных физиологических механизмах, которые могут запускать активацию и рост фолликулов у видов, отличных от мышей. Эта работа, выполненная учёными из Института зоологии и исследований дикой природы им. Лейбница (Leibniz-IZW) и Берлинского центра геномики в исследованиях биоразнообразия (BeGenDiv), — важный шаг на пути к поддержке роста ооцитов in vitro.
Проблема и подход
В настоящее время для производства эмбрионов in vitro специалисты получают ооциты из фолликулов на поздних — антральных — стадиях развития. К сожалению, менее одного процента всех доступных фолликулов достигают этой стадии в течение жизненного цикла, и эта доля снижается с возрастом самки. Примордиальные фолликулы (в начальной фазе) представляют собой источник ооцитов в тысячу раз больше, но они остаются в состоянии покоя, пока не получат специфический биомолекулярный сигнал «пробуждения». В женском организме лишь часть фолликулов из этого пула активируется и проходит стадии первичного, вторичного и антрального фолликула до самой крупной антральной стадии — преовуляторного фолликула, который может высвободить зрелый ооцит при овуляции. Полное воспроизведение этого процесса in vitro — от активации и роста примордиальных фолликулов до создания живого организма — до сих пор было достигнуто только у мышей. Недостаток знаний о биомолекулярных факторах и сигнальных путях между клетками, участвующими в этом процессе in vivo, препятствовал его применению у других видов млекопитающих.
Учёные из Отдела биологии размножения Leibniz-IZW совместно с биоинформатиками BeGenDiv проанализировали полный набор транскриптов РНК в фолликулах яичника домашних кошек (Felis catus) на трёх ранних стадиях развития: примордиальной, первичной и вторичной.
Результаты и значение
«Мы выяснили на основе наших данных РНК-секвенирования, что важную роль играют не только различные сигнальные пути, но и непосредственное окружение фолликулов сильно влияет на регуляцию активации примордиальных фолликулов», — объясняет Шона Кихоу, первый автор статьи, недавно опубликованной в Scientific Reports. «Дремлющие примордиальные фолликулы заключены в тесное и замкнутое пространство в яичнике. Как только они получают пространство для движения и правильные сигналы из окружающей среды, они могут активироваться и перейти в первичную фазу».
Учёные изолировали фолликулы яичника из образцов, собранных после плановой стерилизации домашних кошек, а затем выделили РНК из фолликулов каждого типа. Используя технику РНК-секвенирования, они получили снимок всех генов, экспрессируемых в фолликулах в конкретный момент, и сравнили, как экспрессия различается между примордиальными, первичными и вторичными фолликулами. С помощью последующего функционального аннотирования и кластеризации учёные смогли идентифицировать высоко или дифференциально экспрессируемые гены и связать их продукты с конкретными биологическими функциями и процессами, происходящими в фолликулах.
Связи между состоянием покоя примордиальных фолликулов и их активацией для роста на молекулярном уровне открывают новые подходы к изучению потенциальных ключевых сигналов во время роста фолликулов. «Как только мы поймём, какие химические сигналы и какая среда необходимы фолликулу для активации и, следовательно, какие добавки нужно внести в среду для стимулирования его роста in vitro, мы сможем индуцировать массовую активацию дремлющих фолликулов и таким образом увеличить количество зрелых ооцитов, доступных для производства эмбрионов», — говорит Беате Браун, учёный из Leibniz-IZW и старший автор исследования.