Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком
Шрифт:
Зная о скором отъезде Каролины, мы представили работу с химерами в журнал Development. Рецензенты сказали, что материал слишком большой для одной статьи и предложили разбить его на две. Первая статья включала бы все исследования по отслеживанию клеточных линий, раскрывающие судьбу клеток четырехклеточного эмбриона и ее влияние на паттерны клеточного деления. Вторая статья содержала бы описание экспериментов с химерами. Идея показалась нам хорошей, и мы сделали все, как нам сказали, лишь для того, чтобы услышать от редактора, что журнал не может публиковать две статьи по «одинаковой» теме. Процесс публикации затормозился еще сильнее, и Каролина к тому времени покинула лабораторию. Мне пришлось поручить другому члену команды закончить работу и довести обе статьи до ума. После еще большего количества задержек, вызванных прохождением через две группы рецензентов,
К 2005 году у нас было открытие в области нарушения симметрии, которое опиралось на огромный объем работ. Чтобы убедиться, что место проникновения сперматозоида действительно играло важную роль, мы экспериментировали с партенотами (неоплодотворенными яйцеклетками, которые можно заставить начать развитие с помощью электрошока или дозы химикатов). Мы отследили судьбу многих тысяч эмбриональных клеток. Мы создавали сотни и сотни химер, пытаясь раскрыть детали влияния на эмбрион экваториального и меридионального клеточного деления [16].
Например, Каролина обнаружила, что если обе клетки на двухклеточной стадии делятся экваториально, то большинство эмбрионов после имплантации не развиваются [17]. Приятно, что через несколько лет это наблюдение подтвердилось исследованиями на человеческих эмбрионах, развивающих так называемую сплюснутую форму.
Джон Гёрдон тайком от меня сказал соавтору данной книги Роджеру Хайфилду, что мое с Каролиной исследование хотя и спорное, однако заслуживает статьи в Daily Telegraph, где Роджер работал научным редактором. В июне 2005 года Роджер написал очерк под названием «Разгадает ли этот ученый одну из величайших загадок жизни?», где объяснил наше открытие и его потенциальную значимость. Впервые моя команда попала на страницы популярной прессы, и это было захватывающе. Благодаря этой прекрасной и аккуратно написанной статье я два года спустя приняла предложение Роджера превратить мою историю в книгу.
Ради этой статьи Роджер обратился за комментарием к пионеру технологии экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) Роберту Эдвардсу. Тот рассказал, как сам собирал косвенные доказательства того, что клетки эмбриона могут приобретать индивидуальность гораздо раньше, чем предполагалось, и высказал подозрение, что у человеческих эмбрионов может быть то же самое. Для клинической практики это имело огромное значение. Согласно методике предимплантационной генетической диагностики (ПГД), после ЭКО генетические и хромосомные нарушения диагностируются путем извлечения клеток из раннего эмбриона. Эдвардс вместе с другими исследователями был обеспокоен тем, что извлечение «неправильных» клеток на этой стадии может нарушить способность эмбриона к развитию. Безусловно, наши химерные эксперименты невозможно повторить на сотнях человеческих эмбрионов, а значит, нельзя быть абсолютно уверенным, применимы ли наши результаты к человеку. Многие клиники ЭКО делают ПГД и не обрадуются такому утверждению. Я чувствовала, что не стоит увлекаться подозрениями Роберта Эдвардса, не собрав дополнительных доказательств.
Лучше один раз увидеть
В то время я была полностью уверена, что будущий успех кроется в наращивании наших съемочных усилий, от документальных короткометражек до чего-нибудь в стиле постановки Кшиштофа Кесьлёвского «Декалог: десять заповедей». Когда я приступила к тому, что считала огромным шагом вперед, я была беременна, на этот раз Саймоном, хотя еще не знала об этом.
Чтобы сделать такой шаг, мне пришлось подать заявку на финансирование; требовалось приобрести специальное оборудование — микроскоп Zeiss и светочувствительную (и дорогую) камеру Hamamatsu для съемки эмбрионов крупным планом, способную захватывать срезы через столько последовательных плоскостей (с такой чувствительной камерой не надо было направлять на эмбрионы слишком много света и беспокоить их). Наши кинозвезды-эмбрионы действительно сияли, ведь мы использовали генетически измененных мышей, клеточные ядра которых флуоресцировали во время производства GFP. Этот флуоресцентный сигнал имел решающее значение, поскольку помогал шаг за шагом отслеживать жизнь каждой отдельной клетки, и мы всегда могли определить, кто есть кто, даже когда клетки перемещались. Развитие мышиных (и человеческих) эмбрионов очень пластично, поэтому любое возмущение может сдвинуть эмбрион на
Мне повезло отыскать двух фантастических людей. Одним из них был мой новый аспирант Эмлин Парфитт, другим — постдок Маркус Бишофф, временно перешедший к нам из команды Питера Лоренса. Маркус трудился «в две смены», часть времени посвящая эмбрионам плодовых мушек дрозофил и часть времени — работе со мной, подобно тому, как я сама в период постдокторских исследований разрывалась между мышиными и лягушачьими эмбрионами Мартина Эванса и лабораторией Джона Гёрдона. Получившиеся таймлапсы точно отслеживали окончательное местонахождение каждой клетки на двух-, четырех- и восьмиклеточных стадиях развития. Фильмы показывали судьбу клеток на протяжении нескольких дней, включавших несколько клеточных делений на стадии бластоцисты — полого шарика из клеток, почти готового к имплантации в матку.
В отличие от предыдущих работ, мы пользовались не только глазами и мозгом, но и специальным программным обеспечением для отслеживания клеток. Что было важно, поскольку исключало любую предвзятость, даже неосознанную, при оценке судьбы индивидуальных клеток, когда мы анализировали наши фильмы. Это также сильно облегчало слежение за отдельными клетками. Анализ выполнялся Маркусом и Эмлином, которые независимо друг от друга оценивали каждый эмбрион и положение каждой клетки.
Это было огромное командное усилие, Маркус с Эмлином полностью вложились в проект. Для меня это означало воплощение долгожданной мечты, и мне не терпелось узнать, что они обнаружили. Сама я не могла помочь с анализом данных, поскольку моя вторая беременность оказалась не такой легкой, как первая.
Точные трехмерные фильмы выявили множество важных деталей развития от момента, когда эмбрион состоит всего из двух клеток, до превращения в бластоцисту. Яркие флуоресцентные следы подтвердили все наши предыдущие результаты. Они поддержали идею о том, что одна клетка двухклеточного эмбриона склонна развиваться в эмбриональную часть бластоцисты, из которой формируется собственно эмбрион, а вторая склонна генерировать внеэмбриональные ткани. Они показали, что этот уклон зависит от ориентации и порядка деления, начиная с двухклеточной и заканчивая четырехклеточной стадией, и влияет на последующие паттерны клеточного деления. Мы считали, что это потрясающее исследование, и представили наши документальные фильмы вместе с подробным анализом в Nature.
Они были отправлены на рецензию, но пока мы подготавливали наш манускрипт к публикации, в журнале Science вышла статья, тоже содержащая таймлапсы с мышиными эмбрионами, однако эти фильмы предлагали альтернативное объяснение, что эмбриональный паттерн завит от формы zona pellucida [18]. Как следовало ожидать, наш материал отклонили.
Я только что родила Саймона, и понадобилось время, чтобы расширить исследования и понять, почему наши результаты отличались от опубликованных в Science. (Позже это конкретное открытие было опровергнуто Ричардом Гарднером [19].) Со временем мы расширили исследования и в 2008 году представили дополнительные доказательства в поддержку нашей работы. Отслеживая по таймлапсам родословную каждой клетки, мы увидели, что по пути к бластоцисте на паттерн симметричных/асимметричных клеточных делений влияло происхождение клеток относительно анимально-вегетативной оси оплодотворенной яйцеклетки и плоскости первого дробления [20]. Я употребляю слово «влияло» не без причины, снова подчеркивая, что это скорее, тенденция, чем предопределенность, поскольку развитие мыши пластично.
Для получения действительно связной истории о причинах нарушения симметрии нам, помимо экспериментов с отслеживанием клеток, требовалось разобраться в деталях фундаментальных генетических инструкций, направляющих этот танец.
Каков же механизм?
Со временем коллеги начали открыто признавать, что за результатами наших исследований структуры ранних эмбрионов скрывается нечто важное. Однако у них возникали вопросы. В чем заключается механизм? Существуют ли ген или какие-то эпигенетические изменения, которые запускают процесс, влияющий на судьбу клеток в начале развития? Если да, можно ли их обнаружить?