Наивные стволовые клетки шимпанзе проливают свет на раннее эмбриональное развитие

Исследование ранней дифференцировки клеток критически важно для регенеративной медицины и биологии развития. Плюрипотентные стволовые клетки (PSCs) — ключевой инструмент в этой области, так как они могут превращаться в различные типы клеток организма. Однако исследования на людях и других приматах долгое время ограничивались этическими и техническими барьерами.

Особый интерес представляют наивные PSCs, которые соответствуют более ранней стадии развития, чем обычные ("праймированные") PSCs, и обладают повышенным потенциалом дифференцировки. В то время как человеческие наивные PSCs могут дифференцироваться как в эмбриональные, так и во внезародышевые ткани (плаценту, желточный мешок), мышиные — нет. Это ставит вопрос, является ли такой расширенный потенциал уникальной чертой человека или он есть и у других приматов.

В исследовании, опубликованном в Cell Stem Cell, группа под руководством доцента Хидэки Масаки из Института науки Токио впервые в мире успешно создала культуры наивных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток из соматических клеток шимпанзе. Учёные не только выявили ключевые механизмы самообновления этих клеток, но и впервые вырастили из них бластоиды шимпанзе — модели ранних эмбрионов.

Ключевое открытие: для успешного культивирования наивных PSCs шимпанзе необходимо ингибирование поликомб-репрессивного комплекса 2 (PRC2) — белка, динамически регулирующего активность генов и дифференцировку клеток. Без этого ингибирования клетки не размножались, несмотря на успешное первоначальное репрограммирование.

Сходство с человеческими клетками: наивные PSCs шимпанзе по паттернам экспрессии генов и потенциалу развития оказались значительно ближе к человеческим, чем к мышиным. Они сохранили способность дифференцироваться в трофэктодерму и гипобласт — два типа внезародышевых тканей, необходимых для имплантации и развития эмбриона. Это позволило создать трилинейные бластоиды, содержащие все три типа клеток, присутствующих на самой ранней стадии эмбриогенеза.

«Поскольку наивные PSCs шимпанзе могут переходить в состояние мультилинейной компетентности или дифференцироваться в другие ранние эмбриональные ткани, они могут стать сравнительной моделью высших приматов для изучения плюрипотентности и раннего эмбриогенеза», — отмечает Масаки.

Прорыв в культивировании: ещё одним значимым достижением стала разработка бесфидерной системы культивирования наивных PSCs. Традиционные методы требуют слоя фидерных клеток мыши, что вносит дополнительные животные компоненты и усложняет потенциальное медицинское применение. Применение ингибиторов PRC2 позволило полностью отказаться от фидерных клеток при долгосрочном культивировании PSCs шимпанзе.

«Наш успех в создании техники культивирования без фидерных клеток может проложить путь к применениям в регенеративной медицине», — говорит Масаки.

Это исследование показывает, что расширенный потенциал дифференцировки наивных PSCs, наблюдаемый у человека, эволюционно консервативен и присутствует у шимпанзе. Создание бластоидных моделей шимпанзе открывает новые возможности для изучения ранних процессов развития у приматов, что может привести к прогрессу в регенеративной медицине и репродуктивной биологии.