Трое биологов заключили, что стадия первичной полоски, которую эмбрион человека проходит после 14 дней жизни, на самом деле необязательна для его развития. Раньше считалось, что она необходима для гаструляции, то есть разделения плоского клеточного диска на три слоя. Но авторы статьи в журнале Science полагают, что роль первичной полоски состоит только в том, чтобы отметить середину хвостовой части. Если это так, то в модели человеческого развития in vitro ее можно будет «пропустить». Кроме того, придется пересмотреть «правило 14 дней», которое запрещает культивировать зародыши дальше этой стадии.
До недавнего времени эксперименты на зародышах человека было положено прерывать не позже 14-го дня развития. О том, откуда взялась эта граница, мы подробно рассказывали в тексте «14 дней спустя». Среди аргументов, которые выдвигали авторы этого запрета, был, например, такой: после этого начинает развиваться нервная система — а значит, зародыш теоретически может что-то чувствовать. Или такой: после этого времени невозможно появление самостоятельных близнецов (только сиамские), а значит, эмбрион приобретает индивидуальность.
В 2021 году эту международно признанную границу отменили (хотя в некоторых странах она все еще зафиксирована законодательно). Теперь решать, допустимы ли те или иные эксперименты, будут этические комитеты на местах. А эмбриологи взялись пересматривать аргументы, которые подкрепляли предыдущую границу. Например, они обнаружили, что в зародыше человека на стадии 16-19 дней еще нет никаких предшественников нервных клеток.
Теперь трое ученых — Шэн Гоцзюнь (Guojun Sheng) из Университета Кунамото, Альфонсо Мартинес Ариас (Alfonso Martinez Arias) из Университета Пумпеу Фабра и Энн Сазерленд (Ann Sutherland) из Университета Вирджинии — взялись оспорить еще одну из сторон «правила 14 дней».
В последней версии правила значилось, что эксперименты можно проводить «не дольше стадии первичной полоски» — это стадия, которой обычно человеческий эмбрион достигает к 14 дням жизни в матке. На стадии первичной полоски зародыш человека выглядит как плоский однослойный клеточный диск. Чтобы начать формировать системы органов, ему нужно образовать внутренний и средний клеточные слои. Для этого клетки из единственного слоя (который потом станет верхним) начинают мигрировать, выселяясь в нижние слои. Вслед за ними подтягиваются соседи, и образуется первичная полоска — продольное углубление в задней части зародыша.
Процесс разделения клеток на три слоя называют гаструляцией. Гоцзюнь, Ариас и Сазерленд утверждают: несмотря на то, что во время гаструляции в эмбрионе человека образуется первичная полоска, сама по себе эта структура не является важным этапом в развитии человека, и без нее вполне можно было бы обойтись. В пользу этого предположения они выдвигают следующие аргументы.
Во-первых, стадия первичной полоски появилась в эволюции относительно недавно. Хотя общие принципы гаструляции у человека не сильно отличаются от того, что происходит у лягушки и других позвоночных, первичная полоска есть далеко не у всех. Она встречается только у птиц и млекопитающих, а вот у их общей предковой группы, рептилий, ее нет. А значит, можно предположить, что первичная полоска не обязательно необходима для того, чтобы гаструляция прошла успешно.
Во-вторых, первичную полоску можно считать реакцией на неравномерные натяжения и напряжения в зародыше. Их создает, например, желток у птиц и внезародышевые ткани у млекопитающих. К тому же, недавно появились работы, авторы которых изменили подвижность части клеток в курином зародыше и тем самым направили его гаструляцию по «лягушачьему пути». Таким образом, первичной полоски не образовалось, а гаструляция все равно произошла.
В-третьих, последствия гаструляции можно воспроизвести в пробирке, используя стволовые клетки. Из эмбриональных клеток можно вырастить любой клеточный тип взрослого организма, при этом экспрессия генов в них меняется так, как будто они развиваются внутри зародыша, но сам их пласт не воспроизводит морфологически стадию гаструляции. Кроме того, эмбриональные клетки можно заставить разделиться на три типа, как после гаструляции — получаются плоские гаструлоиды, концентрические кольца из трех клеточных типов. Иногда в гаструлоидах даже можно найти клетки, аналогичные тем, что встречаются в первичной полоске и запускают дифференцировку своих соседей.
Поэтому авторы статьи предлагают не рассматривать первичную полоску ни как признак гаструляции, ни как точку отсчета в индивидуальном развитии человеческих зародышей. Гаструляция, замечают они, может пройти и без нее. Основная роль первичной полоски, судя по всему, — нарушить радиальную симметрию зародыша и образовать передне-заднюю ось, а заодно отметить середину тела.
Из этого предложения есть несколько следствий. Во-первых, это может означать, что гаструляцию не стоит отслеживать по внешним признакам. Может оказаться, что на уровне клеток и работающих в них генов разделение на слои и типы начинается еще до появления первичной полоски. Впрочем, авторы работы не предлагают опираться на этот критерий, чтобы сдвинуть границу с 14 дней на более ранний срок. Они просто подчеркивают, что эта граница — условность, которая может не соответствовать внутренним процессам, происходящим в зародыше.
Во-вторых, если это предположение верно, то не обязательно полностью воспроизводить структуру первичной полоски in vitro, чтобы запустить гаструляцию в эмбрионе. Исследователи предсказывают, что рано или поздно ученые смогут перескочить стадию первичной полоски. До сих пор сделать это с модельным зародышем никому не удалось.
Ранее мы рассказывали о том, что эмбриологи смогли воспроизвести часть гаструляции in vitro — правда, при этом получались отдельно передняя и задняя области зародыша. А недавно исследователи заставили эмбрион прикрепиться к модельной стенке матки в пробирке — то есть вплотную подобрались к тому, чтобы имитировать имплантацию.
Полина Лосева