Дослідники використовували технологію редагування генома для виявлення ролі ключового для ембріона людини гена у перші кілька днів розвитку. Вперше метод редагування генома було використано для вивчення функції генів ембріонів людини, що може допомогти вченим краще зрозуміти біологію ранніх стадій нашого розвитку

За матеріалами University of Utah Health. Healthcare.utah.edu/publicaffairs/news/2017/09/cleft.php»

Повна версія дослідження:

Norah M. E. Fogarty, Afshan McCarthy, Kirsten E. Snijders, Benjamin E. Powell, Nada Kubikova, Paul Blakeley, Rebecca Lea, Kay Elder, Sissy E. Wamaitha, Daesik Kim, Valdone Maciulyte, Jens Kleinjung, Jin-Soo Kim, Dagan Wells, Ludovic Vallier, Alessandro Bertero, James M. A. Turner, Kathy K. Niakan. Genome editing reveals a role for OCT4 in human embryogenesis. Nature, 2017; DOI: 10.1038/nature24033

Команда дослідників використовувала методи модифікації генома, щоб зупинити виробництво білка під назвою OCT4 ключовим геном, який зазвичай стає активним протягом перших кількох днів розвитку ембріону людини.

Після запліднення яйцеклітина ділиться та приблизно через 7 днів вона утворює кулясте тіло, що складається з близько 200 клітин, яке називається «бластоцистою». Дослідження показало, що для правильного формування бластоцисти людським ембріонам потрібен OCT4.

«Ми були здивовані, наскільки важливим є цей ген для розвитку людського ембріона, але ми повинні продовжувати свою роботу, щоб підтвердити його роль», – говорить доктор Нора Фогарті (Norah Fogarty), перший автор дослідження з інституту Френсіса Кріка. «Інші методи вивчення, включаючи дослідження на мишах, свідчили про пізнішу та більш спрямовану роль OCT4, тому наші результати підкреслюють необхідність дослідження ембріонів людини».

Д-р Кеті Ньякан (Kathy Niakan) з інституту Френсіса Кріка, яка керувала дослідженням, додає: «Один зі способів з'ясувати, що робить ген у ембріоні, який розвивається – це побачити, що відбувається, коли він не працює. Зараз ми продемонстрували ефективний спосіб це зробити, сподіваємось, що інші вчені використовуватимуть його для з'ясування ролей інших генів. Знаючи про ключові гени, необхідні для успішного розвитку ембріонів, ми можемо покращити результати застосування ДРТ та зрозуміти деякі причини невиношування вагітності. Щоб досягти такого розуміння, може знадобитись багато років, наше дослідження – це лише перший крок».

Дослідження було опубліковано в Nature і очолюване вченими Інституту Френсіса Кріка у співпраці з колегами з Кембріджського університету, Оксфордського університету, Інституту Сенгера, наукового фонду Wellcome Trust, Сеульського національного університету та клініки Bourn Hall. Головним чином дослідження фінансує Рада медичних досліджень Великобританії Wellcome і Дослідження раку, Великобританія.

Команда науковців протягом року провела оптимізацію своїх технічних прийомів, використовуючи ембріони мишей та людські ембріональні стовбурові клітини перед початком роботи над ембріонами людини. Щоб інактивізувати OCT4, дослідники використовували технологію редагування геному, що називається CRISPR/Cas9 для зміни ДНК у 41 ембріона людини. Через сім днів розвиток ембріонів було зупинено і вони були піддані аналізу.

Дослідження було проведене за ліцензією та під суворим регуляторним наглядом Управління із запліднення людини та ембріології (HFEA), незалежного регулятора уряду Великобританії, що здійснює нагляд за лікуванням неплідності та дослідженнями у цій області. Крім розвитку людського ембріона, білок OCT4 вважається важливим у біології стовбурових клітин. Плюрипотентні стовбурові клітини можуть стати будь-яким іншим типом клітин, вони можуть бути отримані з ембріонів або створені з дорослих клітин, таких як клітини шкіри. Ембріональні стовбурові клітини людини взяті з частин ембріона, що розвивається, і мають високий рівень OCT4.

Сер Пауль Ньорс (Sir Paul Nurse), директор Інституту Френсіса Кріка, стверджує: «Це вражаюче та важливе дослідження. Дослідження проводилось з повним регуляторним наглядом та пропонує нові знання про роботу біологічних процесів протягом перших п'яти-шести днів розвитку здорового ембріона. Кеті Ньякан з колегами пропонують нове розуміння ролі генів, відповідальних за вирішальну зміну, коли групи клітин на самому ранньому етапі розвитку ембріона вперше організовуються та стають на різні шляхи розвитку. Робота процесів у цих ембріональних клітинах зацікавить спеціалістів багатьох областей біології та медицини стовбурових клітин».

Доктор Кай Елдер (Dr. Kay Elder), співавтор дослідження з клініки Bourn Hall, зазначає: «Успішне застосування ДРТ суттєво залежить від культуральних систем, які забезпечують оптимальне середовище для здорового розвитку ембріонів. Багато ембріонів зупиняють свій розвиток в культурі або після імплантації; це дослідження суттєво полегшить лікування неплідних пар, допомагаючи нам виявити чинники, необхідні для забезпечення розвитку людських ембріонів і народження потім здорових дітей».

Говорить д-р Людовік Вальє (Dr Ludovic Vallier), співавтор дослідження від Інституту Сенгера наукового фонду Wellcome Trust та Ради медичних досліджень Інституту вивчення стовбурових клітин Кембриджу: «Це дослідження є важливим кроком у розумінні ембріонального етапу розвитку людини. Отримання цих знань є важливим для розробки нових методів лікування порушень розвитку, а також може допомогти зрозуміти причини захворювань дорослих, таких як діабет, який може виникнути на ранньому етапі життя.

Таким чином, це дослідження відкриває нові можливості для базових та міждисциплінарних застосувань методу».