«В течение многих лет исследователи пытались создать человеческие первичные половые клетки (PGC) в чашке Петри», — говорит доктор Джейкоб Ханна из отдела молекулярной генетики Института, который руководил исследованием вместе со студенткой Лихи Вайнбергер. PGCs возникают в течение первых недель эмбрионального роста, когда эмбриональные стволовые клетки в оплодотворенной яйцеклетке начинают дифференцироваться в самые основные типы клеток. Как только эти первичные клетки становятся «специфицированными», они продолжают развиваться в направлении предшественников сперматозоидов или яйцеклеток «в значительной степени на автопилоте», — говорит Ханна.
Идея создания этих клеток в лаборатории возникла с изобретением в 2006 году индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток — взрослых клеток, которые «перепрограммированы», чтобы выглядеть и действовать как эмбриональные стволовые клетки, которые затем могут дифференцироваться в клетки любого типа. Таким образом, несколько лет назад, когда исследователи в Японии создали мышиные iPS-клетки, а затем заставили их дифференцироваться в PGC, ученые сразу же попытались воспроизвести это достижение на человеческих клетках. Но до сих пор ни один из них не увенчался успехом.
Предыдущие исследования в лаборатории Ханны указали на новые методы, которые могут переводить человеческие клетки в состояние PGC. Это исследование было сосредоточено на вопросе, чем отличаются человеческие iPS-клетки и эмбриональные клетки мыши: эмбриональные клетки мыши легко сохраняются в своем состоянии стволовых клеток в лаборатории, в то время как человеческие iPS-клетки, которые были перепрограммированы, — метод, который включает в себя вставку четырех генов — имеют сильное стремление к дифференциации и часто сохраняют следы «прайминга».
Затем Ханна и его группа создали метод настройки генетического пути дифференцировки, создав таким образом новый тип iPS-клеток, который они назвали «наивными клетками». Эти наивные клетки, по-видимому, омолаживают iPS-клетки на один шаг дальше, ближе к исходному эмбриональному состоянию, из которого они действительно могут дифференцироваться в клетки любого типа. Поскольку эти наивные клетки больше похожи на своих собратьев-мышей, Ханна и его группа думали, что их можно уговорить дифференцироваться в первичные половые клетки.
Работая с наивными эмбриональными стволовыми клетками человека и iPS-клетками и применяя методы, которые были успешными в экспериментах на мышах, исследовательской группе удалось получить клетки, которые в обоих случаях оказались идентичными человеческим PGC. Вместе с лабораторной группой профессора Азима Сурани из Кембриджского университета ученые дополнительно протестировали и усовершенствовали метод совместно в обеих лабораториях.
Добавив светящийся красный флуоресцентный маркер к генам PGC, они смогли определить, сколько клеток было запрограммировано. Их результаты показали, что довольно большая часть — до 40% — стали PGC; это количество позволяет легко анализировать.Ханна отмечает, что PGC — это только первый шаг в создании человеческой спермы и яйцеклеток. Остается ряд препятствий, прежде чем лаборатории смогут завершить цепочку событий, которые продвигают взрослую клетку через цикл эмбриональных стволовых клеток к сперматозоидам или яйцеклеткам.
Во-первых, в какой-то момент процесса эти клетки должны научиться выполнять изящный трюк деления своей ДНК пополам, прежде чем они смогут стать жизнеспособными репродуктивными клетками. Тем не менее он уверен, что однажды эти препятствия будут преодолены, что повысит вероятность, например, возможности зачать ребенка у женщин, прошедших химиотерапию или преждевременную менопаузу.
Между тем, исследование уже дало некоторые интересные результаты, которые могут иметь важное значение для дальнейших исследований PGC и, возможно, других ранних эмбриональных клеток. Команде удалось отследить часть генетической цепи событий, которая заставляет стволовую клетку дифференцироваться в первичную зародышевую клетку, и они обнаружили главный ген, Sox17, который регулирует этот процесс у людей, но не у мышей.
Поскольку эта генная сеть сильно отличается от той, что была обнаружена у мышей, исследователи подозревают, что ученых, изучающих этот процесс на людях, может ждать немало сюрпризов.Ханна: «Возможность создавать человеческие PGC в чашке Петри позволит нам исследовать процесс дифференцировки на молекулярном уровне.
Например, мы обнаружили, что только« свежие »наивные клетки могут стать PGC; но через неделю в обычных условиях В условиях роста они снова теряют эту способность. Мы хотим знать, почему это так. Что такого особенного в состояниях человеческих стволовых клеток, что делает их более или менее компетентными?
И что именно управляет процессом дифференцировки после того, как клетка была перепрограммирована в Наивное состояние? Именно ответы на эти основные вопросы, в конечном итоге, продвинут технологию ячеек iPS до точки медицинского использования ».