Зоопарк стволовых клеток раскрывает удивительные различия в эмбриогенезе

Сравнивая стволовые клетки шести млекопитающих разного размера, ученые обнаружили резкие различия в темпах эмбрионального развития.

Эмбрионам человека требуется гораздо больше времени для развития, чем эмбрионам мышей. Ученые думали, что это потому, что люди крупнее, но новое исследование опровергло эту идею. Исследователи из Европейской лаборатории молекулярной биологии обнаружили, что видоспецифичная экспрессия генов, вероятно, регулирует скорость биохимических реакций и, следовательно, темп развития.

Команда сначала получила стволовые клетки носорогов, чтобы протестировать животное, превышающее по размеру человека. Поскольку беременность включает в себя как эмбриогенез, так и фазу роста плода, исследователи понятия не имели, отражает ли продолжительность беременности носорогов скорость их эмбрионального развития. Поскольку стволовые клетки дифференцировались in vitro, исследователи следили за темпами развития посредством экспрессии часов сегментации — набора генов, которые создают сегменты в эмбрионе, из которых в конечном итоге формируются позвонки, ребра и скелетные мышцы. Гены экспрессируются волнами, где каждый гребень волны создает сегмент.

Они увидели, что развитие носорогов происходит быстрее, чем у человека. «Это было очень шокирующе», — сказал соавтор биологии развития Хорхе Лазаро. «Мы думали, что это будет очень медленно». Тестирование на кроликах, крупном рогатом скоте и мартышках подтвердило, что скорость развития не коррелирует с массой тела.

Хорхе Ласаро и его команда измерили колебания часов сегментации с помощью биолюминесцентного репортера, показанного на этом изображении индуцированных плюрипотентных стволовых клеток носорога.

Вместо этого исследователи обнаружили, что чем быстрее тикали часы сегментации, тем быстрее шли реакции на ключевые белки эмбриогенеза. Экспрессия тысяч генов, участвующих в биохимических процессах, таких как ядерный транспорт и обработка РНК, также коррелирует с тактовой частотой сегментации. Это подтвердило более ранние выводы команды на мышах и людях. Следовательно, они предположили, что видоспецифичные транскриптомные профили контролируют скорость биохимических реакций и, в конечном итоге, темп развития.

«То, на что они пошли, чтобы проанализировать этот эволюционный вопрос, действительно превосходит все, что кто-либо делал раньше», — сказал биолог развития Эндрю Оутс из Федеральной политехнической школы Лозанны, который не участвовал в исследовании. Однако, по его мнению, связывать механизм с «генами, связанными с биохимическими реакциями», слишком расплывчато. «Это все еще довольно загадочно. [Хотя], вероятно, ответ кроется в этом наборе генов».

Лазаро может вскоре внести ясность. Он планирует настроить экспрессию генов и ускорить развитие стволовых клеток. Это должно прояснить механизм и дать основу для ускорения развития в других областях, например, в органоидах, созревание некоторых из которых может занять месяцы.