В конце нынешней недели группа японских ученых из университетов Киото и Кюсю сообщила, что ей удалось превратить индуцированные плюрипотентные стволовые клетки человека в оогонии – клетки-предшественники яйцеклеток. Ранее тот же коллектив, который возглавляет Митинори Саитоу (Mitinori Saitou), добился аналогичного результата с лабораторными мышами.
В эксперименте с мышиными клетками ученые пошли и дальше, получив из оогоний полноценные яйцеклетки и добившись в итоге рождения из них мышат. С человеческими клетками довести до этой стадии эксперимент не удалось, причем не только из-за этических и юридических запретов, но и по объективным причинам – клетки не перешли к новому этапу своего развития. Но даже достигнутая стадия – большой шаг вперед в этой области.
Напомним, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки получаются из обычных клеток организма (чаще всего используют клетки кожного эпителия), которые превращены в стволовые клетки. Для этого в геном этих клеток вводят четыре гена, которые обычно активны на ранних этапах развития. Получив индуцированную стволовую клетку (iPS-клетку), потом можно определенным образом воздействовать на нее, чтобы она дала начало клеткам нужного типа. Такой процесс называется дифференцировкой. Получается, что из соматических клеток определенного типа можно получить соматические клетки другого типа. Но вот получение из индуцированных стволовых клеток не соматических, а половых клеток (яйцеклеток или сперматозоидов) – куда более сложная задача. Слишком много условий должно быть выполнено для достижения результата.
В очерке, посвященном получению сперматозоидов из стволовых клеток мышей, мы проследили и развитие сперматозоидов в живом организме. Теперь расскажем, как появляются яйцеклетки.
История и сперматозоидов, и яйцеклеток начинается одинаково – с первичных половых клеток, которые называют также примордиальными (от лат. primordium «начало, зарождение») половыми клетками, или гоноцитами. Первичные половые клетки возникают на эмбриональном этапе развития и отделяются от прочих клеток очень рано, когда у эмбриона еще нет никаких половых желез. Образуются они в особом органе – желточном мешке, находящемся даже вне растущего тела. Потом они пускаются в путь и достигают места в эмбрионе, где должны сформироваться половые железы. У человека миграция первичных половых клеток начинается примерно на 28 день развития.
После великого похода судьба мужских и женских первичных половых клеток отличается. Предшественники яйцеклеток (их на данной стадии называют оогониями) многократно митотически делятся. В итоге их число достигает примерно семи миллионов (у эмбриона человека это происходит на пятом месяце). Когда период деления завершается, начинается фаза роста. Оогонии увеличиваются в размере и окружаются слоем соматических клеток, образуя примордиальные фолликулы. Сами половые клетки теперь называются ооцитами первого порядка. В фолликулах начинается новая стадия деления, уже не митотическая, а мейотическая. Но если будущие сперматозоиды проходят мейоз быстро, то у яйцеклеток первая фаза мейоза замирает и растягивается в результате на годы – вплоть до полового созревания. Предположительно, процесс мейоза тормозится фолликулярными клетками.
В течение всего этого времени большая часть ооцитов первого порядка гибнет, под действием механизма запрограммированной клеточной смерти. Если максимальное число оогоний достигало семи миллионов, то у новорожденной девочки их один или два миллиона, к семи годам – не больше 300 тысяч, а ко времени полового созревания – лишь несколько десятков тысяч. Впрочем, этого вполне достаточно, так как за всю жизнь женщины у нее созревает лишь несколько сотен яйцеклеток. В чем смысл возникновения такого числа клеток предшественников и их массовой гибель, до сих пор неясно.
Итак, после наступления полового созревания ооциты под действием выделяемых гипофизом гонадотропинов поулчают возможность завершить первый мейоз, затем второй и превратиться в яйцеклетку.
В 2016 году команда Митинори Саитоу добилась превращения iPS-клеток мышей в оогонии, а затем, поместив полученные клетки в группы клеток, взятые из яичников мышей, добиться превращения их в зрелые яйцеклетки. Нельзя сказать, что всё прошло гладко. В полученных яйцеклетках оказалось куда больше хромосомных аномалий, чем в тех яйцеклетках, что развиваются в яичниках мышей обычным путем. Но у 75 % клеток было правильное число хромосом. Часть этих клеток были искусственно оплодотворены мышиными сперматозоидами. Получилось более 300 эмбрионов, которые на стадии двух клеток были имплантированы в матки самкам мышей. Однако только одиннадцать из этих эмбрионов благополучно перенесли всю беременность. Все одиннадцать мышат выросли и, став взрослыми, сами произвели на свет здоровое потомство.
С получением яйцеклеток из стволовых клеток человека до последнего момента дело обстояло хуже. Максимальная стадия, которой удавалось добиться, это получение первичных половых клеток, дальше развитие останавливалось.
Митинори Саитоу, доведя клетки до этой стадии, использовали свое прежнее достижение. Они поместили первичные половые клетки в «искусственные яичники» – группы клеток яичников мышей, культивируемые в лабораторных условиях. Выжила только часть клеток, но через 77 дней обнаружилась, что эти клетки экспрессируют белки, характерные для оогониев.
Правда, дальнейший ход развития оборвался. Даже после четырех месяцев культивации оогонии не приступили к мейозу. Причины этого остаются неясными. Чтобы пойти дальше, нужно понять многие пока еще неизвестные детали в развитии оогониев и влиянии на них со стороны фолликулярных клеток. Возможно, препятствием для дальнейшего развития служит использование мышиных, а не человеческих клеток яичника.
Успех, достигнутый японскими учеными с мышиными яйцеклетками, заставляет предполагать, что повторение этого достижение с человеческими клетками не станет непосильной задачей. Когда в будущем удастся совершить дальнейшие шаги, и получить из оогониев ооциты, а из них зрелые яйцеклетки, это станет самым большим прорывом в репродуктивной медицине со времен изобретения искусственного оплодотворения и откроет новые перспективы в лечении бесплодия.
Но одновременно потенциальная возможность получения яйцеклеток и сперматозоидов из iPS-клеток поднимает множество этических проблем. Можно представить себе утопическое (или антиутопическое) общество, в котором для получения ребенка можно использовать любые клетки, превратив их сначала в iPS-клетки, затем в половые клетки, а потом прибегнув к искусственному оплодотворению. Гомосексуальные пары смогут завести детей, создав недостающие половые клетки из клеток своей кожи. Можно будет получить детей от уже умерших людей или же похитить клетки знаменитости, чтобы родить ребенка от нее. Больших сложностей с добычей материала не возникнет, ведь достаточно будет частичек кожи или волосяного фолликула.
Об исследовании рассказывает статья, опубликованная в журнале Science.
