Спящий человеческий бластоид. Автор: Гейдар Хайдари Хоэй/IMBA
Исследователи из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка в Берлине и Института молекулярной биотехнологии (IMBA) Австрийской академии наук в Вене обнаружили потенциальную «кнопку паузы» на самых ранних стадиях развития человека.
Вопрос о том, могут ли люди контролировать сроки своего развития, давно обсуждается. Новое исследование предполагает, что эта «кнопка паузы» может быть активирована и в клетках человека. Результаты имеют важное значение для нашего понимания ранней жизни человека и могут улучшить репродуктивные технологии.
У некоторых млекопитающих сроки обычно непрерывного эмбрионального развития могут быть изменены, чтобы повысить шансы на выживание как эмбриона, так и матери. Этот механизм временного замедления развития, называемый эмбриональной диапаузой, часто происходит на стадии бластоцисты, непосредственно перед имплантацией эмбриона в матку.
Во время диапаузы эмбрион остается свободно плавающим, а беременность продлевается. Это состояние покоя может поддерживаться в течение недель или месяцев, прежде чем развитие возобновится, когда условия будут благоприятными. Хотя не все млекопитающие используют эту репродуктивную стратегию, способность приостанавливать развитие может быть вызвана экспериментально. Могут ли человеческие клетки реагировать на триггеры диапаузы, оставалось открытым вопросом.
Теперь исследование, проведенное лабораториями Айдана Булут-Карслиоглу в Институте молекулярной генетики Общества Макса Планка в Берлине и Николаса Риврона в Институте молекулярной биотехнологии (IMBA) Австрийской академии наук в Вене, выявило, что молекулярные механизмы, контролирующие эмбриональную диапаузу, по-видимому, также действуют в клетках человека.
Их результаты были опубликованы 26 сентября в журнале Cell.
Модели, полученные на основе стволовых клеток, для изучения эмбриональной диапаузы у людей
В своем исследовании ученые не проводили эксперименты на человеческих эмбрионах, а вместо этого использовали человеческие стволовые клетки и модели бластоцист на основе стволовых клеток, называемые бластоидами. Эти бластоиды являются научной и этической альтернативой использованию эмбрионов для исследований. Исследователи обнаружили, что модуляция определенного молекулярного каскада, сигнального пути mTOR, в этих моделях стволовых клеток вызывает состояние покоя, удивительно похожее на диапаузу.
«Путь mTOR является основным регулятором роста и прогрессирования развития у эмбрионов мышей», — говорит Айдан Булут-Карслиоглу.
«Когда мы обрабатывали стволовые клетки человека и бластоидные клетки ингибитором mTOR, мы наблюдали задержку развития, что означает, что клетки человека могут задействовать молекулярный механизм для вызова реакции, подобной диапаузе».
Это состояние покоя характеризуется сниженным делением клеток, более медленным развитием и сниженной способностью прикрепляться к слизистой оболочке матки. Важно отметить, что способность входить в эту стадию покоя, по-видимому, ограничена коротким периодом развития.
«Время развития бластоидных клеток может быть растянуто вокруг стадии бластоцисты, которая является именно той стадией, на которой диапауза работает у большинства млекопитающих», — говорит первый автор Дханур П. Айер. Более того, этот покой обратим, и бластоидные клетки возобновляют нормальное развитие, когда путь mTOR реактивируется.
Возможность изменять время эмбрионального развития имеет значение для ЭКО
Авторы пришли к выводу, что люди, как и другие млекопитающие, могут обладать врожденным механизмом для временного замедления своего развития, даже если этот механизм не может использоваться во время беременности.
«Этот потенциал может быть пережитком эволюционного процесса, который мы больше не используем», — говорит Риврон. «Хотя мы утратили способность естественным образом входить в состояние покоя, эти эксперименты показывают, что мы, тем не менее, сохранили эту внутреннюю способность и можем в конечном итоге высвободить ее».
Для фундаментальных исследований возникает вопрос о том, входят ли клетки человека и других млекопитающих в состояние покоя через аналогичные или альтернативные пути и используют ли они его для тех же целей, например, либо приостанавливая, либо определяя время своего развития и имплантации.
Открытия команды могут иметь значение для репродуктивной медицины. «С одной стороны, известно, что более быстрое развитие повышает вероятность успеха экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), и повышение активности mTOR может этого достичь», — объясняет Риврон.
«С другой стороны, запуск состояния покоя во время процедуры ЭКО может предоставить большее временное окно для оценки здоровья эмбриона и синхронизации его с матерью для лучшей имплантации в матку».
В целом, новые результаты дают непредвиденные знания о процессах, управляющих нашим самым ранним развитием, что может открыть новые пути для улучшения репродуктивного здоровья.
«Это захватывающее сотрудничество является свидетельством того, как можно решать сложные биологические вопросы, объединяя соответствующие знания», — говорит Гейдар Гейдари Хоэй, научный сотрудник лаборатории Риврона и соавтор исследования.
«Я считаю, что эта работа не только подчеркивает важность сотрудничества в продвижении науки, но и открывает дополнительные возможности для понимания того, как различные сигналы воспринимаются клетками, готовящимися к своему пути развития».
Дополнительная информация: активность mTOR ускоряет прогрессирование стадии бластоцисты человека, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.08.048. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00977-2
Информация о журнале: Клетка
Предоставлено Институтом молекулярной биотехнологии
