Было обнаружено, что многие фундаментальные аспекты ранних стадий эмбрионального развития человека сохраняются и у других млекопитающих. Вот почему исследования, проведенные на животных моделях, могут помочь нам понять развитие человеческого эмбриона. Большинство этих исследований было проведено на эмбрионах мышей.
Исследователи во главе с профессором Экхардом Вольфом, заведующим кафедрой молекулярного разведения животных и биотехнологии Генного центра и Департамента ветеринарных наук LMU, теперь сообщают в журнале PNAS, что ранние фазы развития эмбрионов крупного рогатого скота могут предложить лучшую систему для понимание самых ранних этапов дифференциации.Эмбриональное развитие у млекопитающих начинается с деления оплодотворенной яйцеклетки, за которым следуют еще несколько циклов деления с образованием бластоцисты, сферы клеток, состоящей из двух слоев клеток, окружающих полость, заполненную жидкостью. Клетки внешнего слоя позже дадут начало экстраэмбриональным мембранам и плаценте после имплантации бластоцисты в стенку матки, в то время как сам эмбрион развивается из внутренней клеточной массы.
Дифференциация внешнего слоя клеток бластоцисты из внутренней клеточной массы уже идет на стадии 8 клеток. Однако некоторые из ранних клеток во внутренней клеточной массе остаются плюрипотентными, то есть они сохраняют способность дифференцироваться в большинство различных типов клеток, обнаруживаемых у взрослых. «Генетическая регуляция этих процессов ранней дифференцировки широко исследовалась на мышах. Однако задействованные механизмы не всегда сохраняются эволюционно», — говорит Вольф. «Новые методы, такие как система CRISPR-Cas9 для редактирования генов, теперь позволяют проводить функциональные исследования у других видов, и это, в свою очередь, приведет к решающему прогрессу в нашем понимании раннего эмбрионального развития млекопитающих».
Вольф и его коллеги использовали систему CRISPR-Cas9 в эмбрионах крупного рогатого скота для удаления OCT4, гена, который, как известно, играет ключевую роль в регуляции плюрипотентности у эмбрионов млекопитающих. У мышей потеря этого гена приводит к неспособности генерировать клетки, которые экспрессируют фактор транскрипции, называемый GATA6, в то время как клетки, которые экспрессируют маркер плюрипотентности, называемый NANOG, не затрагиваются. «У эмбриона крупного рогатого скота мы обнаружили прямо противоположный эффект», — говорит Килиан Симмет, первый автор нового исследования. «В этом случае делеция OCT4 ингибировала появление клеток, экспрессирующих NANOG, в то время как клетки-предшественники, экспрессирующие GATA6, развивались нормально». В недавно опубликованной статье ранее сообщалось, что клетки человека точно так же реагируют на делецию одного и того же гена на одной и той же стадии.
Кроме того, это не единственный случай, когда регуляторные цепи, контролирующие раннее эмбриональное развитие у человека, обнаруживают большее сходство с таковыми, используемыми в эмбрионах крупного рогатого скота, чем с теми, которые действуют в системе мыши.