21 мая 2021 года

Новое понимание того, как наши тела возникают из одной клетки, было сделано исследователями из Института Wellcome Sanger, Кембриджского института стволовых клеток Wellcome-MRC и Кембриджского университета. Это первое исследование такого рода, в котором описывается развитие плода у людей путем прослеживания того, как и когда мутации приобретаются во время беременности. Команда обнаружила более высокую частоту мутаций на ранних этапах деления клеток, при этом «решение» о том, станут ли клетки плодом или защитными тканями, такими как плацента, происходит намного раньше, чем считалось ранее.

Исследование, опубликованное в Nature подчеркивает тонкие различия между биологией человека и биологией мышей, которые ранее использовались в качестве моделей для таких исследований. Это важный справочник мутации в нормальных условиях для исследователей, стремящихся понять причины таких заболеваний, как рак у детей и редкие нарушения развития, которые часто начинаются в утробе матери.

Изучение развития мотивировано в значительной степени желанием понять, как наши тела с их невероятной сложностью возникают из одной клетки. Понимание того, как это координируется и какие клетки дают начало другим при нормальных обстоятельствах, может помочь нам определить, как и почему развитие иногда может идти не так.

Отслеживание развития во времени может быть достигнуто с помощью отслеживания клонов, которое включает «маркировку» клеток таким образом, чтобы это передавалось потомству клетки. Это позволяет отобразить, как ячейки связаны друг с другом, и создать «генеалогическое древо». Однако этот метод требует манипулирования развивающимся эмбрионом, поэтому он неэтичен и не применим для людей. Поэтому изучение человеческого развития ограничивалось, главным образом, тщательной микроскопией, при этом большая часть наших знаний о развитии основывалась на модельных организмах, таких как рыба-зебра и мыши.

Для этого исследования исследователи из Wellcome Sanger Institute и Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute собрали восьминедельные и восемнадцатинедельные гематопоэтические стволовые клетки и клетки-предшественники (HSPC) из ткани плода человека и вырастили их в 511 одноклеточных клеток. производные колонии.

ДНК из сотен этих колоний подверглись полному секвенированию генома для выявления соматических мутаций, которые можно использовать для отслеживания происхождения клеток крови до первого деления эмбриона. Поиск этих «маркерных» мутаций в крошечных биоптатах других тканей позволил исследователям увидеть, когда эти ткани отделились от популяции клеток крови.

Команда обнаружила, что к восьмой неделе развития клетки приобрели 25 мутаций и 42 к 18 неделе, что указывает на более высокую скорость мутаций в ранних клеточных делениях. Они также рассчитали "решение" о том, какие клетки станут плодом, а какие – внеэмбриональной тканью, включая плаценту и желточный мешок, между четырьмя и шестнадцатью клетками.

Доктор Анна Ранзони, первый автор исследования из Кембриджского института стволовых клеток Wellcome-MRC и отделения гематологии Кембриджского университета, сказала: «Результаты этого исследования поставили под сомнение некоторые из наших предыдущих представлений о том, как плод растет из одной клетки на самых ранних этапах жизни, например, когда эмбриональные и внеэмбриональные ткани расходятся. Такое решение будет иметь важное значение, если мы хотим попытаться точно определить происхождение болезней, корни которых лежат в развитии »

Было также доказано, что внеэмбриональная мезодерма и клетки крови, доставляющие кислород к плоду в первом триместре беременности, возникают из гипобласта, который обычно считается внеэмбриональной тканью – явное различие между человеческим и человеческим. биология мыши.

Мыши были отличной моделью для изучения человеческого развития, но всегда оставался вопрос, совпадает ли биология мыши с нашей биологией или просто похожа. Мы нашли доказательства того, что примитивные клетки крови человека возникают из гипобласта, который отличается от мышей, и это решило вопрос, который обсуждался десятилетиями »

Д-р Майкл Спенсер Чепмен, автор первого исследования, Институт Велкома Сэнгера

Это понимание точных биологических процессов, участвующих в развитии человека, обеспечивает важную справочную информацию о динамике развития в нормальных условиях для тех, кто изучает детские раковые заболевания, которые часто начинаются в утробе матери, а также редкие нарушения развития.

Доктор Ана Цвейч, старший автор исследования из Кембриджского института стволовых клеток Wellcome-MRC и отделения гематологии Кембриджского университета, сказала: «Наше исследование дает важную информацию о невероятно сложных биологических процессах, действующих в первые недели жизни, которые до сих пор были просто невозможны. Этот ресурс станет бесценным справочником о том, что происходит в нормальных обстоятельствах, чтобы мы могли начать разгадывать, что происходит, когда разработка идет не так, как надо ».