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

большинстве случаев дополнительная хромосома появляется в процессе аномального клеточного деления при образовании сперматозоидов или яйцеклеток. Иногда аномальное деление происходит после оплодотворения, и пострадавший эмбрион представляет собой мозаику, смесь из нормальных клеток и клеток с дополнительной копией хромосомы. Также бывает ситуация, когда до или во время зачатия кусок одной хромосомы цепляется к другой — процесс, называемый транслокацией.

Но результаты моего теста показали, что плацентарные клетки содержат дополнительную копию второй хромосомы — второй по величине и гораздо более крупной, чем двадцать первая. Эта конкретная хромосома несла в себе 1300 генов, синтезирующих белки.

Лишняя копия такой большой хромосомы означала огромное множество дополнительных генов. Когда такая хромосомная аномалия затрагивала развивающегося ребенка, в зависимости от местоположения и количества аномальных клеток, мог появиться целый спектр нарушений роста и развития. Мы с Дэвидом распечатали все статьи, которые смогли найти, чтобы узнать, может ли вообще ребенок, часть клеток которого имеет подобную трисомию, появиться на свет. Выяснилось, что может, но с серьезными дефектами. Странно, но после этого моя любовь к еще не родившемуся малышу только возросла.

Возможно, выявленная моим тестом аномалия развилась исключительно в плаценте, а значит, мой ребенок имел высокие шансы родиться совершенно здоровым. Раз так, то, видимо, аномалия возникла на очень ранних этапах формирования плаценты, поскольку изрядное количество плацентарных клеток несли одинаковую трисомию. На этот исход я и надеялась, хотя не была уверена.

Согласно альтернативной версии, аномалия возникла в раннем эмбрионе до того, как его клетки решили, во что им превратиться — в плаценту или в собственно эмбрион. Это сулило серьезные проблемы, если только аномальные клетки не были каким-то образом уничтожены. Но могло ли это случиться? Существовала ли такая вещь, как самовосстановление? Тогда наука еще не знала ответа.

Информация о судьбе аномальных клеток в эмбрионах, нормальных по всем остальным параметрам, имела ключевое значение для понимания судьбы эмбрионов, являющихся смесью клеток с нормальным и аномальным количеством хромосом. Считается, что у людей анеуплоидия и описанный мозаицизм ответственны за высокую частоту неудачных беременностей как после обычного зачатия, так и после ЭКО. Однако судьба аномальных клеток развивающегося эмбриона была покрыта мраком тайны.

Неожиданный результат CVS буквально за одну ночь повернул мои исследования в новом, адресованном этой проблеме направлении. Я знала, что данные появятся слишком поздно, чтобы как-то мне помочь, — наука требует времени. Но я цеплялась за надежду, что мое исследование поможет другим парам, оказавшимся в похожей ситуации. В этом случае моя личная драма могла привести хоть к чему-то хорошему.

Как это часто бывает в науке, я начала с гипотезы. К моменту получения моего диагноза моя команда отследила судьбы достаточного количества эмбрионов, чтобы подкинуть мне идею о том, что между клетками эмбриона существует соревнование, где победителями становятся самые плюрипотентные клетки, которые и продолжают развиваться в плод, в то время как менее плюрипотентным достается та часть эмбриона, что превращается в плаценту. Возможно, нечто подобное происходит между нормальными и аномальными клетками, когда аномальные клетки преимущественно занимаются созданием плаценты, а не самого эмбриона, поскольку аномальные клетки могут быть менее плюрипотентными, чем нормальные. Разумеется, это была лишь гипотеза. Я была готова ко всему.

Зачастую обнаруженная наукой реальность гораздо интереснее любого воображения. Исследование покажет, что я ошибалась. Я мыслила в правильном направлении, но действительные подробности оказались иными — неожиданными и потрясающими.

Мозаики и химеры

Поскольку мы, разумеется, не могли проверить мою гипотезу на человеческих эмбрионах, мы использовали мышиные. Чтобы разобраться в воздействии аномальных клеток на мозаичный эмбрион, нам пришлось создать сотни мышиных эмбрионов и исследовать тысячи составляющих их клеток. Это огромное усилие требовало преданных своему делу ученых и соответствующего финансирования.

Пока я собиралась с мыслями, чтобы обдумать, как именно буду проверять эту гипотезу, я провела вслед за CVS еще один тест — амниоцентез, при котором мне опять под ультразвуковым контролем вводили иглу, на этот раз в амниотический мешок, окружавший моего развивающегося ребенка, чтобы взять на анализ небольшое количество прозрачной амниотической жидкости. Амниотическая жидкость, защищающая малыша, содержит фетальные клетки, по которым можно диагностировать хромосомные нарушения. Они не были обнаружены. Мы вздохнули с облегчением. И все же, пока я не взяла на руки своего новорожденного ребенка, я не могла полностью успокоиться.

Еще одна хорошая новость заключалась в том, что у меня теперь было достаточно средств для проведения исследований, помогающих объяснить результаты моих анализов. По итогам собеседования, проведенного в тот день, когда я узнала о своей беременности, фонд Wellcome Trust выдал стипендию для моих старших научных сотрудников. Денег, изначально предназначенных для другого проекта, было достаточно, чтобы немедленно направить их часть на моделирование мозаичных эмбрионов.

Я приступила к поискам нового члена команды, которого можно было вдохновить на эту работу.

По стечению обстоятельств у Хелен Болтон была степень по медицине и заявка на написание докторской диссертации под моим руководством, поданная тем летом. Мы несколько раз встретились, чтобы обсудить проект, и замысел ей понравился. Для поддержки ее обучения мы решили подать в Wellcome Trust заявку на дополнительное финансирование и были польщены ее одобрением, можно было расширять наши исследования.

Работы предстояло очень много. Для начала надо было найти надежный способ (в идеале — не один) создания аномальных клеток. Далее нам требовалось каким-то образом их пометить, чтобы отследить их судьбу, пока они будут развиваться среди нормальных клеток. Создать аномальные клетки оказалось намного труднее, чем изначально казалось. Хелен пробовала нарушить процесс сегрегации хромосом множеством разных способов, и в итоге мы остановились на препарате под названием реверсии, который уже использовали в нашей лаборатории для другого исследования.

Реверсии — это небольшая молекула-ингибитор. Мы хотели подавить с ее помощью ключевой процесс сегрегации хромосом, молекулярную контрольную точку, которая в норме приостанавливает деление клетки пополам (митоз) до тех пор, пока правильное количество ДНК-содержащих хромосом не распределится между двумя дочерними клетками. Реверсии блокирует активность фермента под названием «киназа монополярного веретена 1» (monopolar spindle 1 kinase), обеспечивающего равное распределение хромосом во время деления клетки надвое [1].

Для демонстрации того факта, что реверсии и в самом деле вызывает хромосомные аномалии, мы проанализировали необработанные и обработанные реверсином эмбрионы, пометив три случайно выбранные хромосомы методом флуоресцентной гибридизации, или FISH (fluorescence in situ hybridization). Суть этого метода состоит в добавлении зонда (короткой последовательности ДНК) с флуоресцентной меткой. Когда зонд присоединяется к похожему участку ДНК, тот начинает светиться под люминесцентным микроскопом. Такое «зондирование» показало, что предложенный Хелен реверсии увеличивает в эмбрионах