Мало что известно о молекулярных и клеточных событиях, которые происходят во время раннего эмбрионального развития у приматов. Теперь группа ученых из Китая и США создала метод, позволяющий эмбрионам приматов расти в лаборатории дольше, чем когда-либо прежде, что позволило исследователям впервые получить молекулярные детали ключевых процессов развития. Это исследование, проведенное на клетках нечеловеческих приматов, может иметь прямое значение для раннего развития человека.
Выводы, опубликованные в журнале Science 31 октября 2019 г., дают ценную информацию о раннем эмбриональном развитии и потенциально могут помочь в разработке подходов к развитию регенеративной медицины у людей.
«Наше исследование дает первый взгляд на этот черный ящик раннего развития», - говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, соавтор и профессор Лаборатории экспрессии генов Солка. «Теперь мы можем наблюдать, как клетки проходят через каждую эмбриональную стадию и какие факторы им нужны для развития, что поможет создать лучшие варианты для генерации различных клеток и тканей».
Чтобы понять клеточные и молекулярные механизмы, лежащие в основе гаструляции приматов, три года назад мы начали эксперименты с культивированием эмбрионов обезьян в Китае. Благодаря многолетнему опыту команды в области систематического изучения нечеловеческих приматов и хорошо зарекомендовавших себя репродуктивных систем исследования, такие как платформа для экстракорпорального оплодотворения, нам удалось достичь наших целей. Это может помочь пролить свет на ранее неизвестные аспекты постимплантационного развития человека». - говорит Вейчжи Цзи, соавтор, профессор и декан Института трансляционной медицины приматов Куньминского университета науки и технологий в Китае.
Ученые хотели изучить веху раннего развития, называемую гаструляцией, которая происходит, когда развивающийся эмбрион превращается в многослойную структуру, называемую гаструлой, из которой будут происходить все будущие ткани и органы. Один слой станет легкими, желудочно-кишечным трактом и печенью; другой станет сердцем, мышцами и репродуктивными органами; а третья станет кожей и нервной системой. Тем не менее ученые не знали молекулярных и клеточных движущих сил этого процесса у приматов, в основном из-за ограниченного доступа к ранним эмбрионам.
«Наша цель состояла в том, чтобы культивировать эмбрион примата с раннего момента времени, чтобы изучить процесс развития», - говорит Джун Ву, соавтор статьи и доцент Юго-Западного медицинского центра Техасского университета. «Мы хотели каждый день наблюдать за эмбрионами, чтобы наблюдать за их формой, размером и моделями миграции, а также за тем, как они генерируют различные типы клеток во время раннего развития приматов."
Чтобы лучше изучить эту критическую трансформацию, ученые изменили ранее установленный протокол культивирования эмбрионов, чтобы позволить раннему эмбриону примата развиваться в лабораторных условиях до двадцати дней; ранее исследователи могли поддерживать культивирование эмбрионов приматов только до второй недели беременности. Используя новый протокол, команда обнаружила, что клетки в культивируемых эмбрионах демонстрируют четкие траектории развития по отношению к каждому слою гаструлы, и результаты выявили некоторые молекулярные детали, необходимые для этого роста. Эти данные можно также использовать в качестве ресурса для увеличения продолжительности жизни культивируемых эмбрионов после двадцати дней, чтобы лучше изучить дифференцировку (специализацию) стволовых клеток.
«Эти результаты проливают свет на некоторые регулирующие сети и сигнальные пути, которые имеют решающее значение для развития приматов», - говорит Изписуа Бельмонте. «Эта система обеспечивает основу и ресурс для разработки более эффективных стратегий изучения раннего развития приматов как в состоянии здоровья, так и в условиях болезни в лаборатории."
Среди других авторов были Юю Ню, Няньцинь Сунь, Чан Ли, Ченьянг Си, Цзинькуань Вэй, Ю Кан, Вэй Си, Хун Ван, Э Чжан, Лу Чжао, Цивэй Ли и Тао Тан из Куньминского университета науки и технологий.; и Ин Лэй, Си Дай, Чуанью Лю, Чжихао Хуан и Лунци Лю из BGI-Shenzhen.
Работа финансировалась Национальной ключевой программой исследований и разработок (2016YFA0101401), Национальным фондом естественных наук Китая (81760271), Крупными научно-техническими проектами провинции Юньнань (2017ZF028) и Ключевыми проектами программы фундаментальных исследований. в провинции Юньнань (2017FA010). Работа в лаборатории Хуана Карлоса Изписуа Бельмонте поддерживалась The Moxie Foundation.