В человеческих эмбрионах впервые отключили ключевой ген формирования тела
Ученые из Кембриджского университета впервые использовали метод редактирования оснований, чтобы разобраться, как работают гены на самых ранних этапах развития человека. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, показали ключевую роль гена NANOG в формировании будущего тела эмбриона.
Что такое редактирование оснований
Обычный CRISPR/Cas9 часто вызывает случайные повреждения ДНК. Новый метод — редактирование оснований — работает куда аккуратнее. Он позволяет заменить всего одну пару нуклеотидов (букв генетического кода) в гигантском геноме из примерно трех миллиардов таких пар. Это как исправить единственную опечатку в огромной книге, почти не рискуя испортить соседние страницы.
Руководитель работы профессор Кэти Ниакан из Центра исследований трофобласта имени Локе объясняет:
«Редактирование оснований представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с традиционным методом CRISPR/Cas9, поскольку оно сопряжено с гораздо меньшим риском возникновения непреднамеренных хромосомных ошибок. Редактирование оснований позволяет точно изменить одну нуклеотидную пару на другую во всем геноме человека, насчитывающем около 3 миллиардов пар оснований — это невероятное достижение».
Что произошло с геном NANOG
Исследователи выключили ген NANOG в эмбрионах на самых ранних стадиях. Оказалось, что без него клетки не могли превратиться в эпибласт — особую группу плюрипотентных клеток, из которых потом формируется все тело человека. При этом ткани, которые станут плацентой и желточным мешком, развивались нормально.
«Наши результаты показывают, что ген NANOG имеет решающее значение для развития плюрипотентных клеток, строительных блоков, которые имеют фундаментальное значение для развития человека», — подчеркнула Кэти Ниакан.
Плюрипотентные клетки способны дать начало любому типу тканей организма. Именно они лежат в основе эмбриональных стволовых клеток, которые активно используют в медицине.
Человек — не мышь
Долгое время ученые ориентировались на данные, полученные на мышах. У грызунов отключение NANOG ломало развитие и эпибласта, и желточного мешка. У людей эффект оказался более узким — пострадала только линия, дающая тело.
«Мы предполагали, что ген NANOG будет играть действительно важную роль в развитии человека, учитывая его значение для развития эмбрионов мышей. Однако мы обнаружили, что NANOG функционирует несколько иначе у людей, чем у мышей», — рассказала участница исследования доктор Катарина Харасимова.
Для работы использовали «лишние» эмбрионы, оставшиеся после ЭКО. Пары-доноры уже завершили создание семьи и добровольно отдали материал для науки. Эмбрионы выращивали в лаборатории всего шесть с половиной дней, после чего эксперимент завершали.
Все проходило под строгим контролем британского регулятора HFEA и местного этического комитета.
Первый автор работы доктор Оливер Боуэр добавил:
«Точность редактирования оснований — это значительный шаг вперед по сравнению с предыдущим поколением методов редактирования генома. Это позволяет нам с большей уверенностью изучать ранние этапы развития человека».
Зачем это нужно
Понимание роли таких генов может улучшить работу ЭКО, помочь разобраться в причинах ранних выкидышей и сделать лабораторные стволовые клетки более предсказуемыми для исследований и тестирования лекарств.
В перспективе метод теоретически позволит исправлять мутации, вызывающие тяжелые наследственные болезни — например, муковисцидоз или болезнь Хантингтона. Но в Великобритании, как и в большинстве стран такое применение сейчас запрещено. Потребуются годы проверок безопасности, общественные обсуждения и изменения законодательства.
Это исследование стало важной вехой: теперь у ученых появился точный инструмент, чтобы изучать именно человеческое развитие, а не только то, что происходит у животных. И результаты уже показывают, насколько мы порой отличаемся даже от ближайших лабораторных моделей.
