Новости | Как строение клеток влияет на развитие эмбриона: роль плотных контактов

Новости | Как структура клеток влияет на развитие эмбриона: роль плотных контактов

В ходе развития человеческого эмбриона молекулярные сигналы направляют деление и дифференцировку клеток, в конечном итоге определяя их положение и идентичность в эмбрионе. Гаструляция — ключевой этап, при котором один слой эмбриональных стволовых клеток дифференцируется в три отдельных клеточных слоя, формирующих основу будущих структур организма.

Недавние исследования показывают, что плотные контакты между клетками могут играть в этом процессе жизненно важную роль. Исследователи из Центра исследований iPS-клеток Институтов Гладстона выяснили, что плотные контакты критически важны во время гаструляции человеческого эмбриона, открывая новые перспективы для исследований стволовых клеток и разработки соответствующих экспериментальных моделей.

Гаструляция и прорыв в исследовании

Во время гаструляции эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в три слоя эмбриональной ткани. Изучение этого процесса стало важным направлением регенеративной медицины. Учёные часто моделируют его с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток, получаемых из взрослых клеток и способных дифференцироваться в любой тип соматических клеток.

Изучая гаструляцию с помощью iPS-клеток, учёные обнаружили, что клетки реагировали по-разному, хотя все они стимулировались ключевой сигнальной молекулой BMP4. Оставалось неясным, почему лишь некоторые клетки дифференцируются в отдельные типы клеток, несмотря на получение одного и того же сигнала BMP4.

Ведущий исследователь доктор Ивана Васич заметила, что iPS-клетки объединялись в кластеры в культуральных чашках и формировали плотные контакты — барьеры, которые, как считается, препятствуют прохождению сигнальных молекул между клетками. Она также обнаружила, что эти контакты не всегда формировались правильно.

Как плотные контакты влияют на гаструляцию

Дальнейшие эксперименты показали, что плотные контакты формировались нормально, когда клетки культивировали в менее ограниченном пространстве. После добавления BMP4 только клетки на краю кластера получали достаточно сигнала для запуска дифференцировки.

Доктор Васич сказала: "Плотные контакты между клетками, по-видимому, мешают им реагировать на сигналы BMP4, но клетки по краю не образуют плотных контактов с другими клетками, что позволяет им получать наиболее сильный сигнал BMP4."

Чтобы подтвердить важность плотных контактов при гаструляции, исследователи использовали редактирование генов CRISPR для подавления выработки TJP1 — ключевого белка плотных контактов. Без TJP1 на BMP4 реагировала каждая клетка, а не только клетки по краю.

Профессор Яманака пояснил: "Наши эксперименты показали, что устранение плотных контактов позволило всем клеткам реагировать на BMP4. Это указывает на то, что плотные контакты экранируют сигналы в модели гаструляции и что структура клеток имеет решающее значение для восприятия сигналов дифференцировки."

Новый прогресс в исследовании половых клеток

Команда также установила, что подавление TJP1 не только вызывало ответ на BMP4, но и приводило к образованию клеток, подобных первичным половым клеткам. Полученные из iPS-клеток, они напоминают по форме и функциям предшественники человеческих сперматозоидов и яйцеклеток.

Доктор Васич сказала: "Подавление TJP1 дало нам новый способ эффективно получать эти уникальные половые клетки, который может открыть новые подходы к лечению женского бесплодия."

Возможные применения

Команда надеется, что эти результаты улучшат методы преобразования стволовых клеток, особенно для получения человеческих ооцитов. Доктор Васич основала Vitra Labs, чтобы применять этот метод для лечения женского бесплодия, в частности для получения ооцитов для экстракорпорального оплодотворения (IVF).

Она добавила: "Мы пытаемся воспроизвести биологию формирования яйцеклеток и надеемся, что этот метод позволит получать яйцеклетки для использования в ЭКО (IVF)."

Источник материала:

Собрано в интернете