БИОФИЗИКА, 2010, том 55, вып.3, c.445-450
= БИОФИЗИКА КЛЕТКИ =
УДК 599.3:591.31:591.39
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭМБРИОЛОГИЯ И КЛОНИРОВАНИЕ
МЛЕКОПИТАЮЩИХ
© 2010 г. Н.Ю. Сахарова, Л.М. Чайлахян
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино Московской области, ул.Институтская, 3 Поступила в p едакцию 24.12.09 г.
Пpедложена гипотеза, которая логически объединяет «противоречивые» факты pаннего pаз-вития млекопитающих и показывает естественную связь между заpодышем, pазвивающимcя из оплодотвоpенной яйцеклетки, и заpодышем, фоpмиpующимcя из клеток внутpенней клеточной массы бластоцисты. П pи pазp аботке теоp етических вопpоcов клониpования необходимо учитывать cвоеобpазие пp енатального онтогенеза млекопитающих, котоpое четко выявляется ^и cpавнительно-эмбpиологичеcком анализе. Возвpат яйцеклеток млекопитающих к алеци-тальности опpеделяет pезкие pазличия между pанним pазвитием млекопитающих и дpугиx амниот. Полное аcинxpонное дp обление пpиводит к обp азованию моpулы, пpеобpазующейcя в бластоцисту, ^TOpая выходит из оболочки оплодотвоpения (z. pelucida) и имплантиpуетcя в ткани матки. Это позволяет считать бластоцисту личинкой млекопитающих, ^TOp ая питается за счет матеp инского оpганизма. Известно, что в теле личинки, т.е. в бластоцисте, pазвиваетcя новый эмбp ион из нескольких соматических клеток, как это ^о^ходит пp и полиэмбpионии, xаpактеpной для pазвития ^^TOph^ паpазитических насекомых. Полиэмбpиония является p азновидностью соматического эмбpиогенеза, котоp ый относится к бесполому pазмножению. Таким обpазом, pазличающиеcя в pаннем онтогенезе млекопитающих два эмбp иона, «conceptus» и «embryo proper», имеют pазличное пpоисхождение: пеpвый обpазуетcя половым путем, а втоpой - бесполым. Изучение механизмов соматического эмбpиогенеза у млекопитающих поможет выявить условия, необходимые для полного pе^о^аммиpования доноpcкиx соматических ядеp и обеспечить успешное p азвитие p еконcтpуиp ованных эмбpионов.
Ключевые слова: млекопитающие, зародыши, соматический эмбриогенез, клонирование.
Внимание к pаннему pазвитию млекопитающих в наши дни вызвано возможностью пpе-одолеть бесплодие с помощью оплодотвоpения in vitro, клониpования, о снованного на пеpе-садке ядpа из cпециализиpованной клетки взpослого оpганизма в яйцеклетку, лишенную собственного ядpа, и получения эмбpиональныx стволовых клеток (ЭС К) человека. За последние годы были получены многочисленные экcпеp и-ментальные данные, свидетельствующие о таких особенностях pазвития млекопитающих, кото-pые поставили пеp ед учеными не только новые научные, но и нpавcтвенные вопpоcы [1-6].
Один из таких вопpоcов, на котоpый и сегодня нет окончательного ответа - что собой ^ едставляет оплодотвоpенная яйцеклетка млекопитающих до того момента, как она имплан-тиpуетcя в ткани матки. Является ли она таким же эмбpионом, как оплодотвоpенная яйцеклетка лягушки [2,4], или пpеэмбpионом [3], на котоpом позволительно пpоизводить pазличные
Cокpащения: ЭСК - эмбpиональные стволовые клетки, ВКМ - внутpенняя клеточная масса.
экcпеpиментальные манипуляции, или ооцитом, в котоpом пpоцеccы оогенеза пp одолжаются и после оплодотвоpения в течение длительного вp емени [7].
После долгих дебатов о том, что пpедcтав-ляют собой пеpвые после оплодотвоpения стадии, большинство исследователей пpишли к заключению, что одной из особенностей pазвития млекопитающих является наличие у них двух последовательных заpодышей: не последовательных стадий pазвития одного эмбpиона, а pазныx эмбpионов [8], Пеpвый - conceptus -обpазуетcя пpи дpоблении оплодотвоpенной яйцеклетки, втоpой - embryo proper - фоpмиpу-ется из клеток бластоцисты. Многие исследователи пытаются установить связь между этими cовеpшенно p азличными эмбpионами, занимаясь поисками половых детеp минантов, законо-меpноcтей билатеpальной cимметpии обоих за-pодышей и т.д. [9-12]. Однако во всех этих исследованиях не дается о^еделения бластоцисте - пpомежуточному cпециализиpованныму обpазованию, являющемуся pезультатом pазви-тия одного эмбp иона и дающему начало дp у-
гому. Возникает новый вопрос, что такое бла-стоциста, конечная стадия предымплантацион-ного периода, на которой в основном и отбираются клетки-предшественники ЭСК [13]? Для ответа на эти вопр осы, по-видимому, небесполезно провести анализ событий, пр оисходящих в яйцеклетке млекопитающих после ее оплодотворения и сравнить их с процессами, происходящими в других группах животных. Поразительные отличия на самых ранних стадиях эмбриогенеза у млекопитающих затрудняют проведение параллелей не только с высшими позвоночными, но и с другими хордовыми [14].
Яйцеклетки млекопитающих характеризуются почти полным отсутствием желтка, т.е. они вторично алецитальны, и это определяет особенности их эмбрионального развития, резко отличающегося от развития других амниот, обладающих полителолецитальными яйцеклетками. Небольшое количество желтка выталкивается при первых делениях дробления, и образующиеся бластомеры полностью его лишены. Яйцеклетки не обладают ясно выр аженной полярностью, они претерпевают полное, асин-хр онное дробление. После оплодотворения, которое происходит, когда яйцеклетка находится в верхней части яйцевода, начинается дробление и зародыш становится многоклеточным. В процессе дробления зародыш постепенно перемещается по яйцеводу. В нижней его части зародыши достигают 8-клеточной стадии. Следующее деление приводит к образованию морулы -плотному комку клеток, преобразующемуся в бластоцисту, которая представляет собой полый пузырек с тонкой стенкой - тр офобластом, образованным вытянутыми крупными клетками, и с прикрепленной к этой стенке внутренней клеточной массой (ВКМ) - небольшим скоплением мелких клеток. На стадии бластоцисты зар одыш находится уже в матке. До этого момента развитие идет под защитой оболочки оплодотвор ения (г. ре11ис1ёа). Бластоциста выходит из этой оболочки и внедряется в стенку матки, откуда с помощью изменившейся внешней стенки, плаценты, будет получать питание. В этом процессе участвует трофобласт, который станет эмбриональной частью плаценты. ВКМ посредством дальнейших клеточных делений и дифференцировок даст начало эпи- и гипобла-сту, которые затем преобразятся в зародышевые и внезародышевые части [15,16].
Следует отметить, что алецитальность яйцеклеток у абсолютного большинства животных связана с наличием в их последующем развитии личиночной стадии. Логично предположить, что возврат к алецитальности у млекопитающих должен сопровождаться восста-
новлением в их развитии и личиночной стадии. Действительно, если руководствоваться основным определением эмбриологии как науки, изучающей развитие особи «ет Ъгуо», т.е. в оболочке, то следует пр изнать, что собственно эмбриональное развитие млекопитающих заканчивается с выходом бластоцисты из оболочки оплодотвор ения, г. ре11ис1ёа, а бластоциста является личинкой, к тому же паразитической, так как будет питаться за счет своей собственной матери. С этим выводом полностью согласуются и ранее существовавшие представления о том, что млекопитающие обладают несвободным личиночным развитием, а личиночный пер иод превратился в пр едплодный [17], и что отличительной чертой млекопитающих являются «паразитоподобные» отношения между развивающимся эмбрионом и матерью [18]. С помощью трофобласта, участвующего в образовании плаценты, развивающийся организм полностью обеспечивается питанием. Собственно говоря, наиболее важным результатом раннего доимплантацонного развития считают именно фор мирование трофобласта, как специализированного органа, который обеспечивает питанием и защитой будущий развивающийся организм [4,19], что уже наводит на мысль о том, что бластоциста никак не может быть эмбрионом. Вероятно, вторичная алецитальность яйцеклетки неотвратимо должна была привести к тому, что в жизненном цикле млекопитающих появилась стадия личинки. В связи с этим уместно привести высказывание О.М. Ивановой-Казас [20] о том, что «установка раннего развития на личинку есть своего рода обходной маневр, после котор ого развитие возвращается на главную стратегическую дорогу». Что касается млекопитающих, использование стадии личинки позволяет продолжить эмбриональное развитие за счет поступления питательных веществ из тела матери.
Предлагаемое нами объяснение особенностей раннего развития млекопитающих, по-видимому, может внести ясность в высказывание, что «термин «эмбрион» в биологии млекопитающих несет оттенок некой двусмысленности. Действительно, двуклеточная стадия или бластоциста по сути не являются эмбр ионами, эмбрион формируется лишь при гаструляции, а затем развивается в плод» [21].
Как хорошо известно, в ВКМ после имплантации бластоцисты в ткани матки наблюдаются типичные эмбриологические процессы -образование двухклеточных слоев, гипо- и эпи-бласта; последний формирует тело эмбриона, развитие которого идет аналогично развитию эмбрионов других амниот и подчиняется закону
зар одышевого сходства, сфор мулированному К. Бэром. Возникает парадокс: бластоциста - личинка, а развивается как эмбрион. Но одна из незыблемых парадигм эмбриологии состоит в том, что нельзя изменить вектор развития: личинка никогда не превратится в эмбрион, а имаго в личинку. Однако возможность для преодоления этого противоречия есть, и она осуществляется у некоторых пар азитических насекомых, например у наездников, которые свои алецитальные яйца откладывают в тело хозяина
[22]. У них в результате дробления из яйцеклетки формируется личинка, которая представляет собой плотный комок клеток, окруженный тр офамнионом; с его помощью из тела хозяина поступает питание. Среди соматических клеток, строящих тело личинки, существуют группы клеток, которые размножаются и дают начало новым личинкам. Сходные явления наблюдаются у паразитических ос Cоpidosoma floridanum, образующих многочисленные близнецовые эмбрионы в гемолимфе паразитических гусениц
[23]. Процесс развития в личинке новых эмбрионов носит название полиэмбрионии. По аналогии с этим в отношении млекопитающих можно предположить, что среди ВКМ должна быть хотя бы одна группа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.