С помощью новой технологии удаляются метки на ДНК, которые должны быть перепрограммированы во время развития репродуктивных клеток.
День, когда человеческие сперматозоиды и яйцеклетки можно будет выращивать в лаборатории, стал еще на один шаг ближе благодаря открытию способа воссоздания важнейшего этапа развития in vitro.
Это достижение, описанное 20 мая в журнале Nature, позволяет решить главную проблему: как обеспечить правильное расположение химических меток на ДНК и связанных с ней белках в искусственно выращенных сперматозоидах и яйцеклетках. Эти метки являются частью эпигенома клетки и могут влиять на включение или выключение генов. Эпигеном меняется в течение всей жизни человека; во время развития клеток, которые в конечном итоге приведут к появлению сперматозоидов или яйцеклеток, эти метки должны быть стерты, а затем возвращены в исходное состояние.
"Эпигенетическое перепрограммирование - это ключ", - говорит Митинори Сайтоу, биолог стволовых клеток из Университета Киото (Япония) и соавтор статьи. По его словам, он и его коллеги придумали, как активировать это перепрограммирование - то, что было одной из самых больших проблем при работе с человеческими сперматозоидами и яйцеклетками в лаборатории. Однако Сайтоу не преминул заметить, что предстоит пройти еще несколько этапов, и что эпигенетическое перепрограммирование, которого добилась его лаборатория, не является совершенным. "Предстоит еще много работы и потребуется немало времени для решения этих проблем", - соглашается Фань Гуо, специалист по репродуктивной эпигенетике из Института зоологии Китайской академии наук в Пекине.
Выращивание человеческой спермы и яйцеклеток в лаборатории даст надежду некоторым парам, страдающим бесплодием. Это также позволит редактировать вызывающие заболевания последовательности ДНК в сперме и яйцеклетках, избегая некоторых технических сложностей, связанных с внесением таких изменений в эмбрионы. А понимание того, как развиваются яйцеклетки и сперматозоиды, может дать исследователям представление о некоторых причинах бесплодия. Но помимо технических сложностей, искусственное выращивание яйцеклеток и сперматозоидов - так называемый гаметогенез in vitro - сопряжено с серьезными социальными и этическими вопросами. Например, генетическая модификация для предотвращения болезней может привести к генетическому улучшению, которое усилит характеристики, связанные с интеллектом или атлетизмом.
Эпигенетическое перепрограммирование играет ключевую роль в формировании репродуктивных клеток - без него примордиальные клетки, которые в конечном итоге дадут начало сперматозоидам и яйцеклеткам, перестанут развиваться. Кроме того, эпигеном влияет на активность генов, помогая клеткам с идентичной последовательностью ДНК обрести уникальную индивидуальность. Эпигеном помогает отличить, например, клетку мозга от клетки печени.
Исследователи знают, как вырастить яйцеклетки и сперматозоиды мыши, используя стволовые клетки, полученные из кожи. Но используемые протоколы не работают с человеческими клетками: "Между мышами и людьми существует большая пропасть", - говорит Сайтоу. Поэтому он и его коллеги начали упорные поиски способа контролировать эпигенетическое перепрограммирование в человеческих клетках. Они обнаружили, что белок под названием BMP2 необходим для этого шага и что его добавление в культуру способствует эпигенетическому перепрограммированию. Клетки, выращенные в этой культуре, смогли продвинуться в своем развитии на шаг дальше, чем клетки в культурах без добавления BMP2.
После эпигенетического перепрограммирования развитие клеток снова остановилось. Несмотря на это, каждый шаг на пути к гаметогенезу in vitro имеет "огромное значение", считает Гуо. Сайтоу и его коллеги сейчас ищут способы подтолкнуть клетки дальше по пути превращения в сперматозоиды и яйцеклетки. Исследователи тщательно проанализировали эпигенетические метки в выращенных в лаборатории клетках и обнаружили, что, хотя многие из них были стерты, некоторые остались. Это означает, что перепрограммирование может быть неполным - что может иметь серьезные последствия, если такие клетки будут использоваться для репродукции. "Если импринтинг хотя бы одного гена окажется аберрантным это может привести к заболеванию", - говорит Сайтоу.
По его словам, такие предостережения важно учитывать: область гаметогенеза in vitro быстро развивается, и эти результаты, наряду с другими разработками последних нескольких лет, могут стать причиной спекуляций и ложных заявлений о том, что решение проблемы уже не за горами. "Я думаю, что через пять лет или около того все станет более определенным", - говорит он. "И тогда останется только хорошая наука".
