новости биологии развития

25 февраля 2016 г в журнале Cell Stem Cell вышла статья «Complete Meiosis from Embryonic Stem Cell-Derived Germ Cells In Vitro» группы китайских исследователей под руководством Jiahao Sha из Nanjing Medical University (dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.01.017). В статье авторы сообщают, что ими впервые получены гаплоидные мужские половые клетки мыши in vitro из эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), способные при инъекции в ооциты давать жизнеспособное фертильное потомство. Процесс дифференцировки ЭСК происходил в два этапа. Вначале ЭСК с помощью коктейля ростовых факторов дифференцировали в ППКПК (предшественники гаплоидных половых клеток, появляющиеся в эмбриогенезе). Затем, ППКПК помещали в условия прикрепленной культуры и дифференцировали их в гаплоидные половые клетки (ОСПК). Дифференцировка ППКПК проходила под воздействием комплекса ростовых факторов, ретиноевой кислоты, фолликулостимулирующего гормона и тестостерона. Кроме того, для полного воссоздания условий дифференцировки ППКПК in vivo, их культивировали совместно с соматическими клетками семенника, полученными от мутантных мышат линии Kit^W/Kit^WV, лишенных собственных половых клеток. В таких условиях диплоидные ППКПК вступали в процесс мейотических делений, приводящих к образованию гаплоидных округлых сперматид. Мейоз − особый тип деления, встречающийся только в развитии половых клеток. В процессе мейоза не только происходит редукция числа хромосом вдвое, но и обмен участками ДНК между гомологичными хромосомами (кроссинговер). Нарушение этих процессов может приводить к анеуплоидии или поломкам хромосом, поэтому авторы уделили особое внимание исследованию правильности прохождения всех его стадий в условиях культуры. В результате было установлено, что, по крайней мере, часть дифференцирующихся половых клеток проходит все стадии мейоза без нарушений. Дальнейшее инъецирование генетического материала полученных гаплоидных клеток в ооциты методом ICSI (379 ооцитов) позволило получить 9 жизнеспособных потомков в трех независимых экспериментах (эффективность 2,4%, что только в 3 раза ниже, чем при использовании нормальных сперматозоидов).

Анализ кариотипа и полно-геномного паттерна метилирования отцовских и материнских аллелей у потомков, полученных из искусственных гамет, и потомков дикого типа, не выявил различий. Авторы также продемонстрировали, что полученное ими потомство фертильно, что является завершающим этапом оценки качества искусственных гамет, включенным в т.н. «золотые стандарты» (gold standarts, http://refhub.elsevier.com/S1934-5909(16)00018-7/sref10).

Полученные результаты представляют собой большой шаг на пути преодоления мужской стерильности и разработки методов получения сперматозоидов человека in vitro. Тем не менее, многие исследователи отмечают ( ссылка), что прежде чем станет возможным использование данной техники на клетках человека, следует провести генетические и эпигенетические исследования на большем числе потомков, чем приводится в работе, а также на нескольких последующих генерациях мышей. Также серьезным ограничением предложенной методики является использование для дифференцировки ППК соматических клеток из неонатальных гонад. Тем не менее, разработанный алгоритм дифференцировки половых клеток в культуре имеет важное значение для фундаментальной науки, так как позволяет проводить детальное изучение процесса дифференцировки мужских половых клеток, и в том числе мейоза, in vitro.