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 время своего развития, давно обсуждается. Новое исследование предполагает, что эта «кнопка паузы» может быть активирована и в человеческих клетках. Результаты имеют важное значение для нашего понимания ранней жизни человека и могут улучшить репродуктивные технологии.
У некоторых млекопитающих сроки нормального непрерывного эмбрионального развития могут быть изменены, чтобы улучшить 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.
Исследование, проведенное лабораториями Айдана Булут-Карслиоглу из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка в Берлине и Николаса Риврона из Института молекулярной биотехнологии (IMBA) Австрийской академии наук в Вене, показало, что молекулярные механизмы , контролирующие эмбриональную диапаузу, по-видимому, действуют и в клетках человека.
Их результаты были опубликованы в журнале Cell.
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 развития эмбрионов мышей», — говорит Айдан Булут-Карслиоглу. «Когда мы обработали 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, замедленным 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.
Авторы пришли к выводу, что люди, как и другие млекопитающие, могут обладать врожденным механизмом временного замедления своего развития, хотя этот механизм может и не использоваться во время беременности.
«Этот потенциал может быть пережитком эволюционного процесса, который мы больше не используем», — говорит Риврон. «Хотя мы утратили способность естественным образом впадать в спячку, эти эксперименты показывают, что мы все же сохранили эту внутреннюю способность и в конечном итоге можем ее высвободить».
Для фундаментальных исследований возникает вопрос о том, входят ли клетки человека и других млекопитающих в состояние покоя аналогичными или альтернативными путями и используют ли они его для тех же целей, например, для остановки или определения времени 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, активация состояния покоя во время процедуры ЭКО может обеспечить большее временное окно для оценки здоровья эмбриона и синхронизации его с матерью для лучшей имплантации в матку».
В целом новые результаты дают неожиданные сведения о процессах, управляющих нашим 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 Хейдари Хоэй, научный сотрудник лаборатории Риврона и один из первых авторов исследования. «Я считаю, что эта работа не только подчеркивает важность сотрудничества в развитии науки, но и открывает новые возможности для понимания того, как клетки воспринимают различные сигналы, готовясь к своему пути развития».
