Международная группа исследователей из Лондонского университета Королевы Марии и Гонконгского университета достигла беспрецедентного прорыва в науке: впервые созданы стволовые клетки мыши, способные создать полностью развитую мышь с использованием генетических инструментов одноклеточного организма, общего предка животных.
Этот эксперимент, который можно назвать научной фантастикой, был проведён под руководством доцента/научного сотрудника Алекса де Мендосы из Лондонского университета Королевы Марии в сотрудничестве с коллективом из Гонконгского университета. Они использовали ген, обнаруженный в хоанофлагеллятах — одноклеточных организмах, родственных животным.
Хоанофлагелляты — ближайшие ныне живущие родственники животных. Их геномы содержат версии генов Sox и POU, известных своей способностью управлять плюрипотентностью (способностью клеток развиваться в любой тип клеток) в стволовых клетках млекопитающих. Это открытие ставит под сомнение давнее убеждение, что эти гены развивались исключительно у животных.
«Успешно создав мышь с использованием молекулярных инструментов, полученных от наших одноклеточных родственников, мы стали свидетелями необычайной непрерывности функций на протяжении почти миллиарда лет эволюции. Исследование предполагает, что ключевые гены, участвующие в формировании стволовых клеток, могли возникнуть гораздо раньше, чем сами стволовые клетки. Это, возможно, помогает проложить путь к многоклеточной жизни, которую мы видим сегодня», — сказал доктор Алекс де Мендоса.
Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, проливает свет на эволюционные связи между животными и их древними одноклеточными родственниками. Оно также имеет важные последствия для регенеративной медицины.
В ходе экспериментов учёные внедрили гены Sox хоанофлагеллят в клетки мышей, заменив нативный ген Sox2, что привело к перепрограммированию клеток в плюрипотентное состояние. Затем эти перепрограммированные клетки были инъецированы развивающемуся эмбриону мыши.
Полученная химерная мышь демонстрировала физические черты как донорского эмбриона, так и стволовых клеток, индуцированных в лаборатории. Это подтверждает, что древние гены сыграли решающую роль в обеспечении совместимости стволовых клеток с развитием животного.
Исследование показывает, как ранние версии белков Sox и POU, которые связывают ДНК и регулируют другие гены, использовались одноклеточными предками для выполнения функций, которые позже стали неотъемлемой частью формирования стволовых клеток и развития животных.
«У хоанофлагеллят нет стволовых клеток, но у них есть эти гены, которые, вероятно, контролируют основные клеточные процессы. Многоклеточные животные, вероятно, позже перепрофилировали их для построения сложных тел», — объяснил доктор Алекс де Мендоса.
Это открытие подчёркивает эволюционную универсальность генетических инструментов и даёт представление о том, как ранние формы жизни могли использовать подобные механизмы для управления клеточной специализацией задолго до появления настоящих многоклеточных организмов.
«Это открытие имеет последствия, выходящие за рамки эволюционной биологии. Оно потенциально может способствовать новым достижениям в регенеративной медицине. Углубляя наше понимание того, как развивались механизмы стволовых клеток, мы можем найти новые способы оптимизации терапии стволовыми клетками и улучшить методы перепрограммирования клеток для лечения заболеваний или восстановления повреждённых тканей», — сказал доктор Ральф Яух, научный сотрудник Университета Гонконга и Центра трансляционной биологии стволовых клеток.
Доктор Ральф Яух отметил, что прогресс может быть достигнут в результате экспериментов с синтетическими версиями этих генов, которые могут работать даже лучше, чем гены местных животных в определённых контекстах.
Литература.
“The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells” by Alex de Mendoza et al. Nature Communications
