Как сделать ППК?

Обычная клетка сначала растет, потом делится, но зародышевая клетка скована неким наружным защитным панцирем (зона пеллюцида) и расти не может, а потому делится внутри себя: в ней появляются сначала 2, потом 4, потом 8 клеток – все в том же объеме. Между этими клеточками образуются мостики тесных связей, и, влияя друг на друга, они на 5-й день претерпевают первую в своей жизни дифференцировку (так называют приобретение клеткой всякой более узкой специализации) – часть из них образует плотный наружный слой, которому предназначено срастись с маткой, создав плаценту, через которую плод будет получать от мамы пищу, кислород и т. п., а другая часть, уплотнившись и сдвинувшись к одному полюсу зародышевой клетки, превращается в массу внутренних клеток, которым предстоит другая судьба – образовать все ткани и органы будущего ребенка. Сейчас мы видим их первый шаг по этому долгому пути, но если подождем несколько дней, то увидим и следующий: на 9-й день масса внутренних клеток претерпевает следующую дифференцировку: она разделяется сразу на три слоя - наружный, средний и нижний. К этому времени ферменты, продуцируемые клетками зародыша, уже разъели панцирь зоны пеллюцида, и поэтому наружный слой внутренних клеток тоже прирастает к плаценте; клеткам нижнего слоя предназначено впоследствии стать околоплодным пузырем, а вот внутренний слой... О, его ждет самая славная судьба!

Именно клеткам этого слоя (он называется эпибласт) как раз и предстоит со временем превратиться в высокоспециализированные клетки всех органов и тканей эмбриона. Эти специализированные клетки вырастут из клеток эпибласта, как ветки из ствола, и поэтому клетки эпибласта получили название «стволовые клетки». Точнее «эмбриональные стволовые клетки» (сокращенно ЭСК), и вы сейчас поймете, почему необходимо это уточнение. Пока же заметим, что на данном этапе, в момент образования эпибласта, эти ЭСК еще не достигли той ступени дифференцировки, или специализации, когда о них можно было бы сказать, что это клетка печени или половая клетка; нет, они еще сохраняют все возможные потенции, и потому их характеризуют как плюрипотентные. Это и есть главное отличие эмбриональных стволовых клеток от эмбриональных клеток на всех последующих этапах их развития. Потому что уже на следующем этапе клетки эпибласта претерпевают очередную дифференцировку и разделяются на две разные группы: одна, большая, станет стволом всех будущих телесных клеток, а вторая, малая, станет таким же стволом для всех будущих половых клеток. Вот этих-то предшественников будущих половых клеток как раз и называют первичными половыми клетками, или ППК.

Замечу, что все эти первые этапы дифференцировки клеток, вплоть до появления ППК, происходили не сами собой, не по велению свыше, а под воздействием тех или иных белков, которые выделялись в том или ином порядке в первых же клеточках зародыша и благодаря мостикам их связей проникали в соседние клетки, вызывая в них нужные молекулярные и генетические изменения. Это означает, что если бы мы знали, какие это белки и в каком порядке они включаются в работу, мы могли бы, имея исходный материал – эмбриональные стволовые клетки, - воздействовать на них этими белками в этом же порядке и получить в зависимости от нашего желания либо стволовые телесные клетки, либо стволовые половые, то есть ППК.

Собственно, именно выяснение того (сложнейшего) вопроса, какой именно набор белков и какой именно порядок их действия приводят к ППК, и является заслугой сначала Хаяши и Сайтоу, а теперь Ханны и Сурани. Но, как уже сказано, кроме решения этой чисто научной задачи нужно еще иметь исходный материал, то есть плюрипотентные ЭСК. А где их взять?

Это вопрос вопросов. Ведь, имея достаточное количество таких ЭСК, можно было бы тем же методом белкового воздействия выращивать из них (путем последовательных этапов дифференцировки в сторону все более и более узкой специализации) телесные или половые клетки любого нужного нам вида и заменять ими испорченные клетки тех или иных органов или тканей. Но где взять для этого эмбрионы? Ведь они должны быть 2-3-недельного возраста. Даже операция не поможет: ведь в этом возрасте они уже приросли к матке, а с другой стороны, весь их размер составляет 2-3 миллиметра! И к тому же этические соображения! Вот почему научные исследования вышеописанных процессов делались (и делаются) в основном на мышах (а также на мушках-дрозофилах и на «полосатых рыбках») и лишь в немногих особых случаях – на отторгнутых человеческих эмбрионах. И это позволяет нам по достоинству оценить, какую революцию в науке и практике произвел в 2006 году Яманака, который после длительных экспериментов нашел четыре гена, управляющие производством таких белков, которые способны репрограммировать, то есть вернуть к плюрипотентному эмбриональному состоянию, любую взрослую телесную клетку. Правда, это удается лишь для одной из каждой тысячи исходных взрослых клеток, да и та иногда становится раковой, но лиха беда начало: вскоре были уже найдены иные такие же репрограммирующие факторы, хотя и менее эффективные, но зато не ведущие к раку, а теперь, что ни год, в этой области делаются все новые и новые шаги, постепенно приближающие медицину к возможности широкого использования таких искусственно омоложенных клеток, столь же плюрипотентных, как природные ЭСК (для отличия от настоящих ЭСК эти клетки называют индуцированными стволовыми, или ИСК).

Так вот, Хаяши и Сайтоу в 2012 году вскрыли белковые пути превращения клеток мышиного эпибласта в мышиные ППК, а затем, получив по методу Яманаки ИСК из кожных клеток взрослой мыши, подвергли их воздействию этих белков. В результате сложной, тонкой и кропотливой работы они создали клетки, имевшие все основные признаки мышиных ППК. Для проверки они ввели их в яички мышей-самцов и яичники мышей-самок, и там эти ППК дали начало сперматозоидам и яйцеклеткам (правда, лишь в трети случаев). Казалось, теперь очередь за человеческими ППК, но не тут-то было: они упорно не поддавались той процедуре, с помощью которой были получены ППК мышей, и понять, почему это так, сумел только Якуб Ханна.

Сделаем небольшой перерыв, а я тем временем доскажу одиссею ЭСК. Мы оставили их в тот момент, когда часть стала телесными стволовыми (ТСК), а часть превратилась в ППК. Так вот, по мере дальнейшего роста эмбриона ТСК претерпевают все новые и новые этапы дифференцировки и специализации, пока не разделяются на большие группы стволовых клеток для разных (больших) групп тканей (например, для эпителия) или органов (например, для мозга). В некоторых таких группах часть ТСК продолжает процесс специализации до конца, превращаясь в узкую группу клеток данного вида (например, кожные), а часть остается в состоянии ТСК, и поэтому в таких группах может идти постоянное обновление отживших клеток (как в той же коже). В других же группах все или почти все ТСК до конца превращаются в узкоспециализированные клетки – например в нейроны (и потому новые нейроны в мозгу практически не образуются). Интересно, что и в группе ППК тоже происходит такое разделение. Вскоре после образования в эпибласте они обособляются от ТСК (чтобы не подвергаться действию их белков), а затем мигрируют в то место эмбриона, где к этому времени уже возникли половые холмики – места будущих половых желез. Y-хромосома, имеющаяся в ППК мужчин, побуждает этот холмик к превращению в ткани яичка, а в женском эмбрионе женская ППК с ее Х-хромосомами превращает свой холмик в яичник. А потом половые железы в свою очередь побуждают ППК к превращению в зрелые половые клетки: у мужчин – в сперматозоиды, у женщин – в яйцеклетки. Но с разницей: у мужчин это происходит как с ТСК кожи, а у женщин - как с ТСК нейронов. Поэтому у мужчин новые сперматозоиды производятся всю жизнь, а все яйцеклетки женщин (уже к их созреванию) закладываются сразу на всю жизнь.

Тем больше причин искать им искусственную замену, и тут мы возвращаемся к работе Ханны. В 2013 году он сумел преодолеть одну из трудностей на этом пути. Дело в том, что ИСК мыши и ИСК человека, созданные по методу Яманаки, несколько разные: у мыши после репрограммирования взрослая клетка возвращается к состоянию эпибласта до врастания эмбриона в матку, а у человека – к чуть более позднему состоянию, когда в клетках эпибласта уже произошли такие молекулярные изменения, которые продвинули их чуть-чуть дальше по пути специализации и, соответственно, оторвали от ППК. Чтобы получить человеческие ППК, нужно сначала вернуть ИСК человека к более «наивному» состоянию, а уже потом пытаться «доспециализировать» их до уровня ППК. И вот в работе 2013 года Ханна показал, с помощью какого набора белков можно вернуть человеческую ИСК к «наивному» состоянию. А в 2014 году он преодолел вторую трудность: выявил, что белковый путь, ведущий от «наивной» ИСК человека к его ППК, тоже отличается от мышиного пути. И Ханна, найдя нужные белки и порядок их воздействия на человеческую ИСК, сумел создать первую искусственную ППК человека, имеющую все основные признаки натуральной.

И это все? – скажет иной читатель. - Такой маленький шаг? А я напомню ему слова Армстронга о маленьком шаге для человека и большом для человечества. Ведь какие перспективы открывает этот «маленький шаг»! Я уж не говорю об упоминавшемся выше лечении бесплодия, но как вам такая совсем уж фантастическая перспектива: создавать детей в пробирке из таких вот искусственных ППК?! Причем если понадобится, то даже без женщин: ведь в ППК мужчин есть не только мужская, но и женская хромосома. В свете такой перспективы гражданки-феминистки должны быть теперь потише, не то и впрямь придет им хана. Или Ханна, если угодно.

Рафаил Нудельман
"Окна", 22.01.14