Археологические следы эмбрионального развития видны во взрослых клетках.
Ранние мутации человеческой жизни исследуют ученые в Wellcome Trust Sanger Institute и их партнеры. Анализируя геномы взрослых клеток, ученые могут взглянуть в прошлое и выяснить, как развивался каждый эмбрион.
Одно из исследований опубликовано в Nature. В нём описан процесс развития доминантной клетки из двухклеточного эмбриона; именно на её основе «пишется» дальнейшее развитие человеческого тела.
Исследователи долго пытались понять, что происходит на раннем этапе развития человека? Было ясно, что изучить эти процессы напрямую невозможно. Сейчас же ученые проанализировали секвенированные геномы образцов крови (принадлежащих 278 особям с раком груди) и обнаружили 163 мутации, появившиеся на этапе эмбрионального развития этих людей.
После ученые вычислили мутации на первом, втором и третьем этапе деления зиготы, чтобы выяснить, как взрослые клетки – «дочери» двух первых – распределяются по эмбриону. Они обнаружили, что следы двух начальных клеток отображаются во взрослом организме совершенно по-разному. Следы одной просматриваются в примерно 70% тканей, другой – в 30%. Эта пропорция остается при втором и третьем делении тоже.
Изучив клетки крови раковых больных, исследователи начали искать эти мутации в образцах раковых клеток, хирургическим путем извлеченных во время лечения пациентов. В отличие от нормальных тканей, состоящих из множественных соматических клонированных клеток, рак «растет» из одной мутировавшей клетки. Поэтому, любая эмбрионическая мутация либо бы присутствовала во всех раковых клетках, либо не присутствовала бы там. Это бы подтвердило теорию, и ученые бы смогли убедиться в том, что мутация болезни «проявлялась» с самого детства.
Доктор Янг Сиук Джу, первый автор из Wellcome Trust Sanger Institute и Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), сообщил: «Это первый случай обнаружения мутаций на ранней стадии развития человека. Мы словно нашли иголку в стоге сена. Таких мутаций очень мало – по сравнению с миллионом врожденных генетических вариантов. Эта находка позволила нам отследить процессы, происходящие во время эмбриогенеза».
Доктор Иниго Мартинкорена из KAIST добавил: «Идентифицировав эти мутации, мы смогли использовать статистический анализ, чтобы лучше понять динамику клеток во время развития эмбриона. Мы определили весомые «вклады» первых эмбрионических клеток во взрослые клетки крови и обнаружили одну доминантную – связанную с 70% кровяных клеток – и одну второстепенную. Кроме того, мы секвенировали нормальную лимфу и клетки из лёгких, и выяснили: следы доминантной клетки есть и в других тканях на тех же уровнях. Эти открытия беспрецедентны – они открывают путь к глубинному исследованию раннего развития человека».
В течение этого исследования, ученые смогли оценить уровень мутаций в клетках до трёх поколений впервые – на стадии эмбрионального развития человека. Предыдущие работы находили одну мутацию на одно поколение, но эта определила три мутации для каждого деления, в каждой дочерней клетке.
Мутации во время эмбрионального развития появляются из-за двух процессов, известных, как мутационные подписи 1 и 2. Они случайно распределяются по геному, и их большинство никак не влияет на развитие эмбриона. Однако, мутация, развившаяся в важном гене может привести к болезни – к примеру, к задержкам в развитии.
Профессор и сэр Майк Стрэттон, главный автор исследования и директор института, говорит: «Это значительный шаг вперед – и будет еще много таких открытий, сделанных благодаря секвенированию генома и мутаций. По сути, мутации – археологические следы эмбрионального развития, остающиеся в наших взрослых тканях. Поэтому, если мы найдем их и интерпретируем, мы сможем понять эмбриологию лучше. Это — первое открытие о человеческом развитии, и, мы надеемся, в будущем их будет гораздо больше».
