Соматические клетки гонад получили in vitro

Формирование и развитие гонад — тонко регулируемый процесс, сбой в котором может приводить к врожденным фенотипическим аномалиям. Изучение развития гонад в норме и при патологии осложняется отсутствием надежной и эффективной in vitro модели. Однако в новой работе, опубликованной в Science Advances, международная команда ученых смогла из эмбриональных стволовых клеток мыши (мЭСК) и индуцируемых плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) человека получить Сертоли-подобные клетки семенника.

Семенник содержит сперматозоиды, необходимые для доставки генетической информации к яйцеклетке, и соматические клетки, регулирующие сперматогенез. Так, один из типов соматических клеток, клетки Сертоли, осуществляют физическую, питательную и регуляторную поддержку половых клеток, фагоцитируют апоптотические половые клетки, а также экспрессируют рецепторы гормонов.

На первом этапе работы авторы подобрали необходимые условия среды и факторы для дифференцировки мЭСК в ранние предшественники гонад. Этапы протокола воспроизводили этапы развития гонад. Сначала из мЭСК получили эпибластные стволовые клетки, затем клетки мезодермы и, наконец, предшественники гонад. Сравнение транскриптомов клеток-предшественников гонад, полученных от эмбриона мыши, с клетками, полученными in vitro, подтвердило их высокое сходство. Ученые превращали предшественники гонад в клетки, напоминающие клетки Сертоли, с помощью сверхэкспрессии транскрипционных факторов Nr5a1 и Dmrt1, которые доставлялись на лентивирусном векторе.

Следующим шагом стало применение новой методики для дифференцировки Сертоли-подобных клеток из ИПСК человека. ИПСК были получены от людей с генотипом XY и нормальным мужским фенотипом, генотипом XX и нормальным женским фенотипом, а также с генотипом XY и женским фенотип в результате миссенс-мутации в гене NR5A1. Нормальные XY и XX клетки после дифференцировки в предшественники гонад экспрессировали разные маркеры, характерные для мужских и женских гонад, соответственно. Мутантные клетки же демонстрировали промежуточный паттерн экспрессии. Функциональная оценка Сертоли-подобных клеток, полученных из ИПСК здоровых мужчин, показала, что они способны секретировать антимюллеров гормон, а также формировать структуры в виде трубочек. Более того, ученые смогли получить Сертоли-подобные клетки из клеток от пациента с нарушением полового развития, исправив мутацию в NR5A1 с помощью CRISPR-Cas9.

Таким образом, методика, представленная в исследовании, становится первым шагом на пути к получению и культивированию соматических клеток гонад, а в дальнейшем, возможно, и половых клеток in vitro. «Комбинирование соматических и половых клеток позволит создать “мини-семенники в чашке Петри”, которые дадут возможность лучше понять нарушения полового развития и бесплодия», — говорит первый автор работы доктор Ницан Гонен, руководитель лаборатории в Университете Бар-Илана, Израиль.