Ученые смоделировали работу часов сегментации человека

Японские исследователи из Киотского университета воссоздали работу так называемых часов сегментации в человеческом организме — своего рода генетического расписания формирования различных тканей и органов. Статья об этом опубликована в Nature.

С первых мгновений после оплодотворения сложные сети биохимических и генетических взаимодействий приводят к формированию отличающихся друг от друга клеток. Они, в свою очередь, формируют разные типы биологических тканей и органов. Все эти процессы должны быть хорошо сбалансированы и выверены, чтобы развитие организма было равномерным. Большинство аспектов раннего развития человека ученым пока малопонятны. Главная причина этого — отсутствие подходящих биологических моделей, которые позволят воспроизвести соответствующие процессы.

Например, процесс под названием сомитогенез стартует на 20-й день после оплодотворения. При этом эмбрион делится на различные сегменты — сомиты, определяющие строение тела и дающие начало отдельным структурам. Процесс появления сомитов определяется часами сегментации — генетическим будильником, который дает сигналы для их формирования. Сомитогенез хорошо изучен у мышей, птиц и аквариумных рыбок, однако о том, как он проходит у людей, почти ничего не известно.

Японские ученые решили воспроизвести работу часов сегментации при помощи индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Имитируя сигнальные пути, активные на первых этапах эмбрионального развития, исследователи превратили ИПСК в так называемую пресомитическую мезодерму, состоящую из клеток — предшественников сомитов.

Изучение активности генов в ходе моделирования показало наличие определенных периодов колебания, равных примерно пяти часам. Кроме того, ученым удалось оценить функции ключевых генов, связанных с формированием и развитием позвоночника. Используя технологии геномного редактирования, исследователи показали, что мутации в ключевых участках ДНК изменяли настройки генетических часов, включая их синхронизацию и периоды колебаний. Собрав ИПСК от пациентов с генетическими дефектами, ученые смогли определить характер мутаций и исправить их.

Работа показала, что стволовые клетки могут служить простой и удобной моделью для изучения эмбрионального развития. Это позволит значительно расширить рамки понимания раннего развития как человека, так и других живых существ.