Двадцать дней макака-крабоеда: самое длительное культивирование эмбриона примата

Исследование эмбриогенеза приматов — задача крайне важная, однако решение ее осложняется множеством проблем. На сегодняшний день разработаны протоколы работы с ранними стадиями эмбриогенеза человека in vitro, но по этическим соображениям манипуляции с эмбрионами ограничены первыми 14 днями развития (до появления первых элементов нервной системы). Кроме того, не стоит забывать и о технических сложностях работы с эмбриогенезом «в пробирке».

Поскольку исследователей все-таки очень интересует эмбриональное развитие человека и его нарушения, встает вопрос об удобной и достаточно близкой экспериментальной модели. Обе группы использовали макака-крабоеда — хорошо изученный и популярный вид, для которого в прошлом году китайские исследователи описали успешное клонирование с помощью переноса ядер из соматических клеток (somatic cell nuclear transfer — SCNT).

Авторы модифицировали метод, ранее предложенный для культивирования эмбрионов человека на ранних этапах. Для работы использовали бластоцисты макак, у которых удаляли оболочку (zona pellucida) гиалуронидазой, после чего культивировали и исследовали эмбрионы на разных стадиях развития, используя различные микроскопические подходы. Кроме того, авторы получали препараты РНК и хроматина из отдельных клеток на разных этапах, «привязывая» к данным микроскопии результаты анализа экспрессии генов (Geo-seq).

Обе группы описывают успешное прохождение гаструляции и поддержание эмбрионов в культуре до 20 дней, что стало рекордом для работы с приматами. В одном исследовании до этого этапа дожили 46 из 200 эмбрионов, в другом говорится об успехе для трех зародышей.

Удалось показать, что зародыши «в пробирке» прошли все ожидаемые изменения, включая первую и вторую стадии гаструляции, образовались амниотический и желточный пузырьки, началась дифференцировка клеток. Иммунофлуоресцентная микроскопия показала соответствие нормальному развитию для распределения таких специфических маркеров, как OCT4 и NANOG (для эпибласта), GATA6 (для гипобласта) и CDX2 (для трофобласта). CDX2 оказался коэкспрессирован с OCT4 и GATA6 (на 8-9-дневных эмбрионах); ни у человека, ни у мышей такой коэкспрессии не наблюдается. В клетках эпибласта 11-13-дневных эмбрионов ожидаемо была высока экспрессия E-кадгерина и атипичной протеинкиназы C. В 13-17-дневных эмбрионах наблюдали образование и миграцию гоноцитов (первичных половых клеток), используя также специфические белки-маркеры и анализ экспрессии РНК в одиночных клетках.

Результаты двух исследований согласуются друг с другом, а разработанный подход позволяет надеяться на то, что 20-дневный рекорд удастся побить в следующих работах. Метод требует дальнейшего улучшения: к концу эксперимента эмбрионы гибли, а на более ранних этапах между «пробирочными» эмбрионами наблюдались заметные морфологические различия (например, для желточного и амниотического пузырьков). При анализе эмбрионов того же возраста, полученных у беременных самок макак-крабоедов аналогичных различий не выявили. Все полученные авторами данные по структуре хроматина и экспрессии генов в отдельных клетках на разных этапах раннего эмбрионального развития приматов доступны эмбриологам и биоинформатикам для дальнейших исследований, и это тоже ценный результат работы.

Несмотря на то, что полученная модель крайне интересна и перспективна, она все же не полностью соответствует человеческому эмбриогенезу, некоторые различия удалось увидеть в экспрессии генов. Но пока действует 14-дневное ограничение, более детально сравнить молекулярно-клеточные детали эмбриогенеза у людей и у модельных обезьян не представляется возможным.