Способность эмбриона «прирастать» к материнскому организму может быть древнее, чем считалось

Внутриутробное развитие — одна из ключевых черт, которые выделяют плацентарных млекопитающих (в том числе человека) среди прочих животных. В центре этого процесса находится тесное взаимодействие плода с матерью, которое с одной стороны обеспечивает обмен питательными веществами и сигналами, а с другой не позволяет материнской иммунной системе отторгнуть развивающийся в теле другой организм. Коэволюция эмбриональных и материнских клеток — уникальная загадка эволюции, в которой попытался разобраться исследовательский коллектив из Австрии и США.

Ученые провели транскриптомный анализ единичных клеток шести видов млекопитающих: опоссума (как представителя сумчатых), обыкновенного тенрека (Tenrec ecaudatu) — афротерия с древними репродуктивными чертами, — а также мыши, морской свинки, макака-крабоеда и человека. Образцы матки и плаценты собирали на этапе, когда плацента полностью сформирована, но процесс родов еще не начался.

У эутериев, в отличие от сумчатых, плацента формирует две структуры — сосудистый и клеточный «интерфейсы» между матерью и плодом. Сосудистый интерфейс обеспечивает циркуляторный обмен; у тенрека и грызунов он сформирован трофобластом, который окружает материнские сосуды, а у приматов состоит из ворсинок трофобласта, контактирующих с кровеносным синусом матери. У сумчатых это единая структура — складчатый трофобласт покрывает эпителий матки и контактирует с ее капиллярной сетью.

Для сравнения трофобластов разных видов на уровне единичных клеток и анализа их возможной эволюции авторы провели кластеризацию по транскриптомным данным. Они получили четыре группы предполагаемой гомологии — одна состояла из инвазивных типов клеток, две из неинвазивных, а оставшаяся экспрессировала раково-эмбриональные антигены (CEACAM) и гликопротеины, специфичные для беременности (PSG).

К первой группе относились экстравиллезные трофобласты человека и макаки, экстраплацентарный трофобласт тенрека и инвазивные клетки грызунов. Все они экспрессировали протеазы и известные гены, связанные с инвазией, такие как ADAM19, MMP15, PAPPA2, ANXA4, GPC1 и PLAC8. Это свидетельствует о консервативности инвазивной программы. Наиболее вероятным гомологом инвазивного трофобласта, который обнаружился у опоссума, оказались так называемые синцитиальные узлы — гигантские клетки синцитиотрофобласта, сформировавшиеся путем слияния.

Опираясь на эти результаты, ученые предположили, что инвазивные трофобласты эутериев происходят от клеток их общего предка, обладавших инвазивным потенциалом. Эти клетки сохранились у опоссумов, а у бореоэутериев, к которым относятся в том числе приматы и грызуны, они разделились на подтипы — часть клеток приобрела способность к интерстициальной миграции, а часть к ремоделированию сосудистой сети.

При беременности также происходит специфичная трансформация эндометрия — децидуализация, — включающая дифференцировку стромальных фибробластов, ремоделирование артерий и привлечение лимфоцитов. Она происходит только у млекопитающих с гемохориальной плацентацией, к которым в этом исследовании относились все, кроме опоссума и тенрека. Однако инвазивные клетки трофобласта, характерные для такого механизма, имелись и в плаценте тенрека. По-видимому, эта черта сформировалась довольно рано в эволюционной истории млекопитающих и предшествовала переходу к гемохориальной плацентации.

Исходя из полученных данных, авторы статьи предполагают, что у предка эутериев, как и у современного опоссума, было два типа клеток трофобласта, один из которых был гомологичен цитотрофобласту, а другой специализировался на обмене сигналами с организмом матери и обладал латентным инвазивным потенциалом. Общие генные сигнатуры, выявленные в популяциях клеток трофобласта разных млекопитающих, указывают на их разделение в прошлом, а не на конвергентную эволюцию.

Плацентарный Igf2 управляет метаболизмом матери у мышей