Учёные превратили стволовые клетки в предшественников сперматозоидов и яйцеклеток

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета разработали эффективный способ превращения человеческих эмбриональных стволовых клеток в лаборатории в клетки зародышевой линии — предшественники яйцеклеток и сперматозоидов. В отличие от предыдущих работ, в этом исследовании полученные клетки функционировали достаточно хорошо, чтобы генерировать сперматозоиды.

"От 10 до 15% пар бесплодны. Примерно в половине этих случаев причина — неспособность производить яйцеклетки или сперматозоиды", — сказала старший автор Рене Рейхо Пера, доктор философии. Понимание генетического "рецепта", необходимого для развития человеческих зародышевых клеток в лаборатории, даст инструменты для выяснения причин бесплодия. Исследование будет опубликовано онлайн в журнале Nature 28 октября.

Ранее изучение бесплодия было затруднено, так как репродуктивный цикл человека нельзя адекватно изучать на животных моделях, а зародышевые клетки формируются очень рано в эмбриональном развитии (к 8–10 неделям), что ограничивало доступ к человеческому материалу. "Это первое свидетельство того, что можно создать функциональные человеческие зародышевые клетки в лаборатории", — заявила Рейхо Пера.

Учёные опирались на предыдущие исследования середины 1990-х годов, которые выявили несколько генов, вовлечённых в мужское бесплодие. Эти гены, принадлежащие к семейству DAZ, кодируют РНК-связывающие белки.

В текущем исследовании учёные обработали человеческие эмбриональные стволовые клетки белками, стимулирующими формирование зародышевых клеток, и изолировали те, что начали экспрессировать специфичные для них гены — около 5% от общего числа. Эти клетки также начали удалять модификации (метильные группы) со своей ДНК — эпигенетическое перепрограммирование, характерное для формирования зародышевых клеток.

С помощью техники РНК-интерференции исследователи изучили, как блокировка экспрессии трёх членов семейства DAZ влияет на развитие зародышевых клеток, а также что происходит при их сверхэкспрессии.

Оказалось, что один член семейства, DAZL, функционирует на ранней стадии развития зародышевых клеток, а два других, DAZ1 и BOULE, стимулируют зрелые зародышевые клетки к делению для образования гамет. Совместная сверхэкспрессия трёх белков позволила получить гаплоидные клетки (с одной копией каждой хромосомы), экспрессирующие белки, характерные для зрелых сперматозоидов. При таком подходе около 2% дифференцированных человеческих эмбриональных стволовых клеток стали гаплоидными через 14 дней дифференцировки.

Влияние белков семейства DAZ на эмбриональные стволовые клетки зависело от пола эмбриона, из которого они были получены. Сверхэкспрессия BOULE увеличила относительную долю предполагаемых зародышевых клеток с 2 до 12% в женских, но не в мужских клеточных линиях. Это говорит о возможной большей роли BOULE в развитии женских зародышевых клеток.

Исследователи планируют использовать аналогичную стратегию для оптимизации получения яйцеклеток из эмбриональных стволовых клеток, а также изучить, можно ли использовать для создания зародышевых клеток перепрограммированные взрослые клетки — индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS-клетки).

"Это исследование даёт нам систему, которую можно использовать для сравнения ошибок в зародышевой линии и соматических клетках. Мы уже видели, что даже в чашке Петри зародышевые клетки, по-видимому, более чувствительны к [воздействию] таких соединений, как токсины окружающей среды", — отметила Рейхо Пера.