Ученые обнаружили механизм, позволяющий «приостановить» развитие эмбриона человека

Человеческий бластоид на время остановленный в развитии. © Heidar Heidari Khoei/IMBA

Исследователи обнаружили, что стволовые клетки человека и модели эмбрионов можно заставить войти в состояние обратимого покоя путем ингибирования ключевого молекулярного пути, что имитирует эмбриональную диапаузу, наблюдаемую у других млекопитающих.

Новаторское исследование, опубликованное в журнале Cell 26 сентября 2024 года, демонстрирует, что человеческие клетки могут входить в состояние диапаузы, ранее наблюдавшееся только у некоторых видов млекопитающих.

Группа исследователей из Института молекулярной генетики Макса Планка в Берлине и Института молекулярной биотехнологии (IMBA) в Вене использовала модели стволовых клеток человека, чтобы изучить, могут ли человеческие клетки реагировать на триггеры диапаузы.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что у людей есть способность временно замедлять эмбриональное развитие, хотя этот механизм не используется во время беременности.

Имитация диапаузы в клетках человека

Эмбриональная диапауза — это репродуктивная стратегия, используемая некоторыми млекопитающими для задержки имплантации и продления беременности. Это явление обычно происходит на стадии бластоцисты, непосредственно перед прикреплением эмбриона к матке.

Чтобы изучить этот процесс в человеческих клетках, не используя настоящие эмбрионы, исследователи обратились к стволовым клеткам и бластоидам — выращенным в лаборатории структурам, имитирующим ранние эмбрионы. Модулируя особый молекулярный путь, называемый mTOR-сигнализацией, они смогли вызвать состояние покоя, удивительно похожее на диапаузу.

«Путь mTOR является основным регулятором роста и развития эмбрионов мышей», — говорит Айдан Булут-Карслиоглу, один из ведущих авторов исследования. «Когда мы лечили стволовые клетки и бластоиды человека ингибитором mTOR, мы наблюдали задержку развития, а это значит, что человеческие клетки могут задействовать молекулярный механизм, чтобы вызвать реакцию, подобную диапаузе».

Вызванное состояние покоя характеризовалось несколькими ключевыми особенностями:

• сокращение деления клеток;
• замедление общего развития;
• снижение способности прикрепляться к клеткам выстилки матки.

Важно, что исследователи обнаружили, что это состояние покоя было обратимым. Когда ингибирование mTOR было снято, клетки возобновили нормальное развитие.

Ограниченное по времени окно для состояния покоя

Одним из интригующих аспектов исследования является то, что способность входить в состояние покоя, по-видимому, ограничена определенным периодом развития. Дханур П. Айер, один из первых авторов исследования, поясняет:

«Сроки развития бластоидов могут быть растянуты вокруг стадии бластоцисты, а это именно та стадия, на которой наступает диапауза у большинства млекопитающих».

Этот вывод согласуется с наблюдениями у других видов, где диапауза наступает естественным образом, что говорит о сохранении эволюционного механизма.

Последствия для репродуктивной медицины

Открытие этой скрытой способности в клетках человека может иметь значительные последствия для репродуктивной медицины, особенно в области экстракорпорального оплодотворения (ЭКО). Николя Риврон (Nicolas Rivron), другой ведущий исследователь проекта, описывает два потенциальных применения:

• усиление активности mTOR может ускорить развитие эмбриона, что, как известно, повышает вероятность успеха ЭКО.
• индуцирование спящего состояния во время процедуры ЭКО может предоставить больше времени для оценки здоровья эмбриона и улучшить синхронизацию с матерью для лучшей имплантации.

«Хотя мы утратили способность естественным образом впадать в состояние покоя, эти эксперименты позволяют предположить, что мы сохранили эту внутреннюю способность и в конечном итоге можем ее раскрыть», — говорит Риврон.

Этические аспекты и будущие исследования

Важно отметить, что данное исследование проводилось с использованием моделей стволовых клеток, а не реальных человеческих эмбрионов, что позволяет избежать возможных этических проблем. Использование бластоидов представляет собой научную и этическую альтернативу для изучения раннего развития человека.

Исследование поднимает интригующие вопросы об эволюционной истории развития человека и открывает новые пути для исследований. В будущем можно будет выяснить, входят ли клетки человека и других млекопитающих в состояние покоя по сходным или альтернативным путям, а также изучить цели этой способности у разных видов.

Пока ученые продолжают разгадывать тайны раннего развития человека, эта новая способность вызывать и обращать вспять клеточное состояние покоя может оказаться мощным инструментом как в фундаментальных исследованиях, так и в клинических применениях.

Исследование Dhanur P. Iyer, Heidar Heidari Khoei et. al.. mTOR activity paces human blastocyst stage developmental progression. Cell, 2024. DOI: 10.1016/j.cell.2024.08.048