Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Зерницка-Гетц Магдалена

Мы снимали фильмы о судьбе индивидуальных клеток, как уже делали однажды, когда пытались понять, в какой момент клетки эмбриона склоняются на определенный путь развития (глава 4). Хелен наблюдала прямо на экране, как количество аномальных клеток уменьшалось преимущественно в той части эмбриона, которая генерировала ткани нового организма, то есть в эпибласте. Аномальные клетки умирали в процессе апоптоза — запрограммированной клеточной гибели. Частота апоптоза в той части эмбриона, которой суждено было стать собственно эмбрионом, была более чем в два раза выше среди обработанных реверсином клеток, чем среди контрольных, необработанных.

Эксперимент показал, что аномальные клетки в основном уничтожались

в той части эмбриона, которая должна была превратиться в плод. Это подтверждало мою гипотезу о том, что аномальные клетки в этой части эмбриона проигрывают нормальным, хотя я не угадала сам механизм.

Мне даже не верилось. Это был первый намек на то, что мы и впрямь на что-то наткнулись и что эмбрион способен к самовосстановлению точно так же, как и к самоорганизации.

(Когда я еще носила под сердцем Саймона, могло ли случиться так, что клетки с хромосомной аномалией, чьих потомков показал тест CVS, самоликвидировались в той части эмбриона, которая превратилась в Саймона? Но в тот день я поехала забирать Саймона из школы и все ему объяснила, хотя сомневалась, что он поймет. Но тем вечером, пока мы с ним рисовали и танцевали, я уверена, он осознал, что произошло нечто судьбоносное.)

Хотя сердце стучало «да-да», рациональный ум говорил «может быть». Прежде чем делать однозначный вывод, предстояло столько всего исследовать. Например, судя по моему тесту (как и по любому аномальному результату теста CVS), аномальным клеткам удается попасть в трофэктодерму, которая превращается в плаценту. Но почему они не ликвидируются путем апоптоза? Является ли эта часть эмбриона более терпимой к клеткам с хромосомными аномалиями? Как выглядит сигнал, запускающий механизм уничтожения аномальных клеток? Они убивают себя сами или при помощи окружающих нормальных клеток, «выигравших» конкурс на выживание?

По ряду причин, от бытовых до научных, на изучение этих вопросов ушли годы, да и ответить удалось только на некоторые. Например, мы выяснили, что в трофэктодерме аномальные клетки выживают, хотя делятся медленнее. Исследование 1346 индивидуальных клеток показало, что в трофэктодерме апоптоз происходит не так часто (2% клеток), но опять же, частота апоптоза среди аномальных клеток выше (3,3%), чем среди контрольных (0,6%). Аномальные клетки постепенно продолжают делиться, рождая потомство для будущей плаценты, поэтому их можно обнаружить в результате анализа, например, того самого теста CVS, который я проходила. Мы предполагаем, что у человеческих эмбрионов происходит то же самое.

Эти эксперименты показали, что та часть эмбриона, которая развивается в собственно эмбрион, а затем — в мышонка, может самостоятельно избавляться от клеток с аномальным набором хромосом. Эмбрион оказался способен как к самоорганизации, так и к самовосстановлению. Это был существенный результат. Однако важно подчеркнуть, что не все аномальные клетки были уничтожены. Происходит ли это позже? Продолжается ли подобная самокоррекция после имплантации? Мы не могли тогда выяснить, поскольку еще не умели культивировать эмбрионы после стадии имплантации. Этот оставшийся вопрос только сильнее мотивировал меня на то, чтобы придумать способ выращивания эмбриона после имплантации в культуре.

Работа была не закончена. Оставался центральный вопрос о том, могут ли уцелевшие в мозаичном эмбрионе нормальные клетки компенсировать уничтоженные аномальные. И самое главное: если могут, то какое количество нормальных клеток должно присутствовать в мозаичном эмбрионе, чтобы обеспечить его восстановление?

В поисках ответа мы решили создать мозаичные химерные эмбрионы, у которых соотношение контрольных (нормальных) клеток к обработанным реверсином (аномальным) клеткам составляло 1:1 или 1:3, а затем подсадить их приемным самкам. Вскоре после имплантации Хелен их извлекла.

Поразительно, но все мозаичные эмбрионы 1:1 выглядели такими же нормальными, как контрольные, указывая на то, что, если в эмбрионе остается лишь половина нормальных клеток, их по-прежнему достаточно для развития и восстановления. Как и следовало ожидать, среди мозаичных эмбрионов 1:3 было гораздо меньше жизнеспособных, хотя кое-кто все-таки спасся, несмотря на то, что на 75% состоял из аномальных клеток.

Полученные данные позволяли предположить, что смертельного эффекта аномального количества хромосом можно избежать, если в эмбрионе достаточно нормальных клеток.

Но мы ничего не могли допустить просто так. Для абсолютной уверенности Хелен еще раз создала мозаичные эмбрионы, но в этот раз позволила им развиваться в приемных самках на всех стадиях беременности. Из тринадцати мышей у семи не осталось ни одной клетки, обработанной реверсином. Все мышата выжили и не имели признаков нарушенного здоровья.

Насколько известно, это был первый случай, когда кто-то продемонстрировал прогрессивное уменьшение количества анеуплоидных клеток в эмбрионе млекопитающего и доказал, что это происходит с помощью разных механизмов, в зависимости от клеточной линии.

Можно было заключить, что мозаичные эмбрионы, вероятно, выживают при условии наличия достаточной доли клеток с нормальным набором хромосом. Удивительно, но после уничтожения аномальных клеток их заменяют нормальные, тем самым восстанавливая эмбрион. Однако в той части эмбриона, которая превращается в плаценту, присутствие аномальных клеток допустимо — они просто медленнее делятся. Я всегда надеялась, что существует нечто подобное, и так захватывающе было обнаружить веские доказательства своей догадки. Но опять-таки должна подчеркнуть, что результаты были получены на мышах, а когда дело касается клиники, то здесь необходимо провести больше исследований, чтобы посмотреть, применимо ли то же самое к человеческим эмбрионам. Тем не менее в главе 10 мы обсудим недавно полученные доказательства того, что некоторые мозаичные эмбрионы действительно могут развиваться в здоровых новорожденных.

Вечная проблема публикации

Хелен успешно защитила диссертацию по результатам исследований мозаичных эмбрионов и покинула лабораторию для продолжения своей медицинской карьеры раньше, чем у нас получилось превратить ее исследования в статью в научном журнале. Эта конкретная статья была важна для меня не только в плане научных достижений, но и как помощь в понимании результатов теста CVS, которая могла пригодиться другим парам, столкнувшимся с похожей дилеммой.

Однако первую представленную нами рукопись отклонили. Рецензенты попросили нас провести как можно больше дополнительных исследований. К тому времени в моей команде появился еще один аспирант, Сара Грэхем, которая только что закончила свою диссертацию и заняла должность постдока, финансируемую моей стипендией от Wellcome Trust. Сара оказалась внимательным и талантливым эмбриологом и проделала огромную работу для завершения нашего проекта.

Мне также посчастливилось воспользоваться усилиями других великолепных ученых с подходящим набором навыков. Чтобы узнать подробнее, каким образом реверсии вызывает аберрации ДНК, мы обратились к Тьерри Воэту и его команде, изучавшим генетические модификации в Центре Сенгера и разрабатывавшим способы изучения генетических изменений отдельных человеческих клеток. С помощью Тьерри мы смогли применить метод секвенирования ДНК одиночной клетки и, проанализировав изменения ДНКв клетках из обработанных и необработанных эмбрионов, продемонстрировать, что реверсии действительно вызывает хромосомные аномалии. Метод подтвердил, что обработка реверсином провоцирует высокий уровень анеуплоидии.