Ученые впервые обнаружили неуловимую стволовую клетку на ранней стадии эмбриона

Исследователи стволовых клеток из Гарвардской медицинской школы и Бостонской детской больницы впервые описали крайне неуловимый тип стволовой клетки в раннем эмбрионе. Эта клетка настолько мимолетна, что появляется и исчезает в течение 12 часов.

Они описали эту «готовящуюся плюрипотентную» (poised pluripotent) клетку в журнале Cell Stem Cell 1 июня.

У мышей эти клетки появляются через 4,75–5,25 дней после слияния яйцеклетки и сперматозоида, как раз в момент, когда эмбрион перестает свободно плавать и имплантируется в стенку матки.

«Это очень динамичная стадия. Все происходит в течение нескольких часов, что довольно удивительно, учитывая масштаб изменений в свойствах клеток», — сказал руководитель исследования Ричард Грегори.

Заполнение пробела на карте

До этого момента было неизвестно, что происходит в промежутке между двумя хорошо изученными стадиями:

• «Наивные» плюрипотентные клетки (эмбриональные стволовые клетки), появляющиеся через 3,5–4,5 дня после зачатия.
• «Приготовившиеся» (primed) плюрипотентные клетки, возникающие через 5,5 дней после зачатия, уже после имплантации.

Команда под руководством Грегори и первого автора Пэн Ду отслеживала ранние эмбриональные клетки мыши в чашке Петри, анализируя экспрессию РНК и микроРНК на каждой стадии.

Готовность к имплантации

Их внимание привлекла картина экспрессии гена ISY1, которая резко возрастает в шестичасовом окне.

Оказалось, что ISY1 является мастер-регулятором. Когда он включается, активируются и несколько микроРНК. Они, в свою очередь, быстро меняют паттерн экспрессии генов, переводя эмбрион из наивного в «готовящееся» состояние.

Гены, чья экспрессия меняется на этой стадии, вовлечены в реорганизацию внеклеточного матрикса и клеточный метаболизм. «Клеточная сигнализация может меняться в подготовке к имплантации», — отметил Ду.

Когда ген ISY1 искусственно отключали или устраняли микроРНК, клетки оставались в наивном состоянии. И наоборот, можно было перевести клетки в «готовящееся» состояние, включив ISY1, и удерживать их там, поддерживая его активность.

Значение открытия «готовящейся» плюрипотентности

Исследователи полагают, что их работа заполняет пробел в понимании стволовых клеток, что может быть полезно для регенеративной медицины.

Человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки), используемые в исследованиях и клинике, считаются находящимися в «приготовившемся» (primed) состоянии.

«Возможно, с помощью ISY1 мы сможем получить человеческие iPS-клетки, которые эффективнее дифференцируются или лучше размножаются. Может оказаться, что нам не нужно делать клетки по-настоящему наивными — состояния "готовности" может быть достаточно», — сказал Грегори.

На практическом уровне открытие может проинформировать исследования бесплодия, возможно, давая ключи к причинам ранних неудач беременности, когда эмбрион не может имплантироваться.

Ученых также интересуют потенциальные последствия для онкологии, поскольку раковым клеткам для метастазирования необходимо имплантироваться в ткани, и есть свидетельства, что раковые и стволовые клетки разделяют многие гены.