Исследование позволяет предположить, что эмбриональная структура участвует в производстве клеток крови, защите от токсинов, свертывании крови и метаболизме.
Как и у цыплят, утконосов и других животных, вылупляющихся из яиц, у вас, когда вы были эмбрионом, был желточный мешок. У многих позвоночных этот мешочек выполняет множество функций в процессе развития, в том числе удерживает желток - богатую питательными веществами жидкость, которая помогает питать эмбрион.
Однако функция желточного мешка человека неясна. Он не содержит желтка и исчезает во втором триместре беременности - вместо него основным путем питания потомства является плацента. Теперь, как показало исследование, опубликованное в журнале Science, желточный мешок человека заменяет такие органы, как печень и почки, которые возникают на более поздних этапах развития. Полученные результаты могут помочь исследователям создать более совершенные имитатации эмбриона в лаборатории и разработать новые способы культивирования иммунных клеток для лечения заболеваний.
По словам биолога развития Энтони Картера из Университета Южной Дании, не имеющего отношения к данной работе, "исследований, посвященных желточному мешку человека, было очень мало". Новая работа, по его словам, "является огромным прорывом в плане получения данных" о том, что происходит в первые несколько недель после зачатия.
Хотя у большинства млекопитающих желточный мешок никогда не вырабатывает своего одноименного вещества, он не является рудиментом. У мышей желточный мешок производит первые клетки крови эмбриона и передает молекулы питательных веществ, вырабатываемых маткой. А в некоторых тканях взрослых грызунов макрофаги, происходят от клеток желточного мешка, а не от клеток костного мозга, которые дают начало большинству макрофагов.
Однако исследователям пока не удалось выяснить, выполняет ли желточный мешок аналогичную или иную роль у человеческих эмбрионов, в том числе и потому, что им трудно получить соответствующие образцы тканей, которые берутся из эмбрионов, полученных после абортов. По словам Сары Тайхманн, иммунолога из Института Wellcome Sanger и соавтора новой работы, некоторые исследования позволили предположить, что, как и у мышей, человеческая структура производит первичные кровяные клетки для эмбриона, однако эти результаты не были убедительными. "Доказательства в отношении человека были довольно расплывчатыми".
Чтобы глубже изучить возможности этой структуры, Тайхманн вместе с иммуногенетиком Музлифой Ханиффа получили образцы тканей желточного мешка человека из биобанка в Великобритании. Образцы были получены от эмбрионов, возраст которых составлял от 4 до 8 недель. Затем исследователи провели профилирование генной активности в тканях, чтобы определить, какие клетки присутствуют в них и что они делают.
Полученные данные подтвердили, что первые клетки крови у эмбриона человека также образуются в желточном мешке. Уже через 4 недели после зачатия в этой структуре находились стволовые клетки, образующие макрофаги и другие виды клеток кровеносной системы, сообщили авторы. По мере развития желточный мешок передает эту работу формирующейся печени, которая затем переходит к костному мозгу - месту рождения клеток крови у взрослых.
Как и у других видов, желточный мешок человека является многофункциональным, показало исследование. Он также содержит белки для расщепления вредных токсинов и вырабатывает белки, необходимые для свертывания крови - ключевой способности раннего эмбриона. Несколько ферментов в его структуре участвуют в метаболизме липидов и сахаров, что позволяет предположить, что, несмотря на отсутствие желтка, мешок все же обеспечивает питание. "Мы должны предположить, что [ферменты] синтезируют молекулы, которые поддерживают эмбрион", - утверждает Тайхманн.
Чем больше ученые искали, тем больше возможных функций находили. Почки взрослого человека вырабатывают эритропоэтин - гормон, стимулирующий образование новых эритроцитов, а желточный мешок, по-видимому, является источником этого вещества для раннего эмбриона. По словам Картера, образование эритроцитов "очень важно" в процессе развития.
Группа исследователей также обнаружила, что желточный мешок использует неожиданный механизм для производства макрофагов. Когда одна из этих иммунных клеток созревает, она обычно проходит через промежуточную стадию моноцита, но макрофаги желточного мешка обходят этот этап. По словам авторов, изучение этого пути в лабораторных условиях может облегчить выращивание макрофагов в культуре ткани, что поможет исследователям, которые пытаются использовать эти клетки для лечения рака и восстановления поврежденных тканей. Ученые также проверили, присутствуют ли, как и у мышей, макрофаги, образовавшиеся из желточного мешка, в тканях взрослого человека. Предварительные результаты указывают на то, что да.
По словам Ханиффы, результаты исследования показывают, что "во время раннего развития существует временная структура, которая является абсолютно критической для эмбриона". Многофункциональный желточный мешок "представляет собой три органа в одном", - говорит она, - выполняя работу, которая впоследствии будет возложена на печень, почки и костный мозг.
Ханиффа и Тайхманн добавляют, что исследователи уже создавали сгустки клеток, похожие на эмбрионы, для изучения раннего развития, и результаты исследования могут помочь ученым сделать эти имитации эмбрионов более реалистичными. Одна из проблем использования таких имитаторов заключается в том, что их развитие прекращается на ранних стадиях, но наличие желточного мешка может позволить им развиваться дальше.
Выполняет ли желточный мешок человека другие задачи - например, у некоторых видов он передает эмбрионам материнские антитела, - пока неясно. Тем не менее, по словам Картера, "очень интересно, что у нас есть этот маленький орган на ранних стадиях развития, который выполняет так много функций".
