Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком - Магдалена Зерницка-Гетц

считать [33]. Эта работа была опубликована в журнале Current Biology, и я помню слова Кевина о том, как трудно ему пришлось из-за критики анонимных рецензентов, хотя результаты эксперимента были ясны как божий день.

Кроме того, они сделали важный шаг вперед и показали, что судьба клеток различается как на стадии бластоцисты, так и после имплантации эмбриона. Они заключили, что «уклон, наблюдаемый в бластоцисте, сохраняется на постимплантационных стадиях, а следовательно, имеет значение для всего последующего развития» [34]. Вместе с работами Скотта Фрейзера и Нико Плахты мы получаем превосходный пример непротиворечивости, когда независимые и несвязанные между собой исследователи приходят к одному и тому же выводу.

Хотя нам удалось мельком взглянуть на хронологию и механизм нарушения симметрии, многие вопросы остались без ответа. Один из них касается поляризации клеток на восьмиклеточной стадии: что является триггером и какой механизм гарантирует, что это случится именно на восьмиклеточной стадии, когда развитие эмбриона настолько гибкое? Есть ли у клеток какой-нибудь часовой механизм, говорящий им, что делать? Природа этого эмбрионального таймера — нынешняя страсть моей коллеги Мэн Чжу.

Но важнее всего то, что мы до сих пор ищем источник асимметрии, возникающей на четырехклеточной стадии. Похоже, на него влияет асимметрия на двухклеточной стадии, но откуда берется она? Имеет ли отношение ко всему этому асимметрия яйцеклетки вдоль анимально-вегетативной оси? Связана ли она с проникновением сперматозоида? Имеет ли значение переносимый сперматозоидом генетический груз в форме маленьких РНК? Или все перечисленные факторы оказывают влияние в различной степени, и именно поэтому источник асимметрии так трудно установить?

Во время перерыва в наших исследованиях развития четырехклеточных эмбрионов и до того, как мы занялись изучением молекулярных свойств отдельных клеток, я переключила интерес своей команды на более поздние стадии развития — те, что всегда были покрыты мраком тайны из-за невозможности наблюдать и экспериментировать с имплантированными эмбрионами, так называемым черным ящиком онтогенеза млекопитающих.

Раз мы затеяли эту научную авантюру, единственный способ отследить клеточную судьбу состоял в том, чтобы имплантировать приемной самке эмбрион с клеткой, помеченной GFP, а через несколько дней извлечь его и посмотреть, где окажутся потомки промаркированной клетки. Продолжает ли первый акт нарушения симметрии воздействовать на развитие эмбриона после имплантации, как предполагало исследование Кевина Эггана? Или вся память об этом событии стирается при создании плана тела?

Решением этого вопроса я занималась в середине 1990-х, однако в процессе интенсивного роста эмбриона после имплантации маркеры в большинстве случаев не сохранялись. Чтобы получить достаточное количество информации, эксперименты приходилось повторять снова и снова. Мне не хотелось возвращаться к этому расточительному методу. Более того, для понимания процесса важно непосредственное наблюдение, которое невозможно, когда эмбрион спрятан в теле матери.

Но если бы нам удалось это проследить, мы смогли бы понять, почему некоторые эмбрионы процветают, несмотря на клетки с аномальным набором хромосом. В том, что касается Саймона и обнаружения аномалий в пробах ворсинок хориона (CVS), взятых с соединяющей нас плаценты, в ходе экспериментов я могла бы найти им объяснение. Для изучения этой стадии развития надо было придумать такой способ, который позволил бы эмбрионам развиваться в лабораторных условиях дольше, чем когда-либо, в течение того периода, который они обычно проводят в теле матери.

Глава 6

Вскрытие черного ящика

Читая лекции, Скотт Фрейзер любит озадачить свою аудиторию следующим вопросом: насколько легко разгадать правила игры, которую никогда не видел и в которую никогда не играл? Чтобы проиллюстрировать сложность проблемы, он показывает фотоснимки игры в американский футбол — серию картинок с изображением всяких хадлов, тэклов, скрамов и, для пущей драматичности, пирамиды из черлидерш. Последовательно рассматривая варианты человеческих поз, трудно понять суть игры в целом [1].

По словам моего друга Скотта, отснявшего замечательные кадры развития эмбриона и в настоящее время являющегося директором по научным проектам в Университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, есть много способов заполнить пробелы в понимании того, что происходит при столкновении двух футбольных команд. Так много, что трудно установить взаимосвязь последовательностей формаций и гарантировать верное объяснение. Аналогично, когда клеточные игроки эмбриональной команды сталкиваются с игроками материнской, тяжело разобраться в том, что произошло в интервале между одним снимком нагромождения клеток и другим. Это если вы вообще делали хоть какие-то снимки. Разумеется, выходом является непрерывная съемка эмбрионального развития, вроде той, что мы выполняли для более «молодых», преимплантационных эмбрионов. Из всех пробелов в понимании человеческого онтогенеза момент имплантации эмбриона в матку является одним из самых загадочных и одновременно критически важных.

Может показаться, что изучение таких эмбрионов — обычная практика, ведь имплантация происходит на второй неделе развития, и ученые в Великобритании могут легально культивировать эмбрионы в течение двух недель, вписывающихся в четырнадцатидневный лимит [2].

Однако практика выращивания человеческих эмбрионов в культуре ограничивалась шестью днями. Был случай, когда эмбрион с помощью клеток матки культивировался девять дней, но здоровье полученного таким способом эмбриона осталось под вопросом [3]. События человеческого развития от стадии бластоцисты на шестой день до стадии гаструляции были скрыты от наших глаз.

До имплантации эмбрион (мышиный или человеческий) представляет собой маленький дрейфующий шарик из клеток — бластоцисту, сопоставимую по размерам с исходной яйцеклеткой. Когда количество клеток в мышиной бластоцисте достигает одной сотни, zona pellucida разрывается и выпускает эмбрион, чтобы тот мог имплантироваться в стенку матки и начать расти.

К моменту «вылупления» внутри эмбриона образуется полость. Теперь бластоциста — это шарик из клеток, наполненный жидкостью. Если заглянуть внутрь этого полого шарика, можно увидеть скопление клеток — эпибласт. Именно из этого скопления вырастает индивидуум. Эти клетки являются предками каждой клетки организма. Окружающие клетки делятся на два типа. С одной стороны расположена примитивная энтодерма, из которой в свое время сформируется желточный мешок. С другой стороны эпибласта находится трофэктодерма, которая предоставит эмбриону систему жизнеобеспечения и построит ему дом внутри матери. Клетки трофэктодермы непосредственно принимают участие в критическом этапе развития, когда бластоциста внедряется в стенку матки.

Разноцветное изображение бластоцисты предваряет большинство моих современных лекций. Перед ней я рисую один большой вопросительный знак, а после нее рисую второй, еще больше. Это и есть два главных вопроса, направляющих работу моей лаборатории. Во-первых, каким образом появляются эти три типа клеток? Во-вторых, каким образом эти три типа клеток взаимодействуют друг с другом, чтобы создать нечто столь сложное, как мы с вами?

До стадии бластоцисты эмбрион легко развивается в культуре, чего не скажешь об эмбрионе в момент имплантации. Когда мы проводили трудоемкие эксперименты (помечали индивидуальные клетки бластоцисты,