Эмбрионы и артериальная гипертензия
С.Я.Амстиславский, Д.С.Рагаева, Е.Ю.Брусенцев, Т.Н.Игонина
Вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ) объединяют различные методы преодоления бесплодия, при которых отдельные или все этапы зачатия и раннего развития эмбрионов проходят вне организма матери. Общее число детей, родившихся благодаря бурному развитию этой области медицины за более чем 35 лет со времени первого успешного применения ВРТ, превысило 5 млн. К сожалению, внедрение в практику новых технологий не всегда сопровождается основательными лабораторными исследованиями.
Первоначальный вариант экстракорпорального оплодотворения был направлен главным образом на преодоление женского бесплодия [1]. Вне организма оплодотворяли яйцеклетку (смешением суспензий яйцеклеток и сперматозоидов), а затем вводили полученный эмбрион для дальнейшего развития обратно в репродуктивные пути матери.
Современный же комплекс ВРТ включает в себя также внут-риматочную инсеминацию (искусственное введение семени в женские половые пути); инъекцию сперматозоидов, в том числе — отобранных по морфологическим признакам, в цитоплазму яйцеклетки; дозревание ооцитов in vitro; криоконсерва-
© Амстиславский С.Я., Рагаева Д.С., Брусенцев Е.Ю., Игонина Т.Н., 2015
Сергей Яковлевич Амстиславский (второй справа), доктор биологических наук, заведующий сектором криоконсервации и репродуктивных технологий Института цитологии и генетики СО РАН. Область научных интересов — сохранение генетических ресурсов животных, механизмы регуляции артериального давления у гипертензивных крыс, влияние репродуктивных технологий на проявление генетически обусловленных свойств потомков.
Диана Сергеевна Рагаева (вторая слева), аспирант того же сектора. Изучает механизмы формирования артериальной ги-пертензии и отдаленные эффекты длительного культивирования эмбрионов млекопитающих in vitro.
Евгений Юрьевич Брусенцев, аспирант того же сектора. Область научных исследований — адаптация репродуктивных технологий к различным видам млекопитающих, изучение репродуктивных барьеров и способов их преодоления.
Татьяна Николаевна Игонина, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник того же сектора. Специализируется на исследовании преимплантационных эмбрионов крыс, предрасположенных к развитию артериальной гипертензии, а также на изучении потомков, родившихся в результате применения вспомогательных репродуктивных технологий.
цию* гамет и преимплантаци-онных (до их внедрения в матку, т.е. до имплантации) эмбрионов; трансплантацию последних и др. Особое место в этом списке занимает культивирование преимплантационных зародышей [2].
Благодаря совершенствованию культуральных сред**, в клиниках экстракорпорального оплодотворения все чаще производят трансплантацию зародышей на более поздних стадиях развития.
Культивирование эмбрионов
После того как оплодотворение завершилось и образовалась зигота, зародыши млекопитающих (в том числе и человеческие) начинают дробиться. Первые три цикла деления зиготы человека проходят в яйцеводах на второй и третий день после оплодотворения — в результате зародыш становится восьмиклеточным. На четвертый день развития происходят важные изменения: завершается еще один цикл деления клеток, они теряют сферическую форму и плотно примыкают друг к другу. Это стадия мо-рулы, по ее достижении зародыш человека, как и большинства других млекопитающих, перемещается в матку. Именно на этой стадии эмбрионы человека традиционно и до сих пор пересаживают во многих клиниках. В матке на пятый день развития, пройдя еще один цикл деления, морула превращается в бластоцисту (которая на седьмые сутки беременности внедряется в стенку матки). Сейчас все больше клиник выбирают для трансплантации именно бластоцисты.
Интересно, что человеческий зародыш по темпам развития очень напоминает мышиный и крысиный (рис.1). У этих лабораторных грызунов, как и у человека, преимплантационный период проходит весьма динамично. У мышей и крыс миграция зародышей в матку происходит на третьи сутки, а уже на пятый день беременности, пройдя стадию морулы, бластоциста внедряется в стенку мат-
* Подробнее см.: Амстиславский С.Я., Абрамова Т.О., Брусен-цев ЕЮ, Кизилова Е.А Криоконсервация и сохранение биоразнообразия // Природа. 2014. №9. С.24—33.
** Культуральная среда — питательный материал в твердой или жидкой форме, который используют для выращивания клеток микроорганизмов, растений или животных in vitro.
Рис.1. Преимплантационные эмбрионы. Клетки морул (а — крысы линии OXYS, б — человека) компактизированы, они отошли от прозрачной оболочки, которая защищает дробящийся эмбрион, выполняет барьерные функции и обеспечивает обмен веществ с окружающей средой. Бластоцисты (в — крысы линии OXYS, г — человека) содержат бластоцель (заполненную жидкостью полость), внутреннюю клеточную массу (мелкие круглые клетки, из которых разовьются ткани и органы будущего плода) и трофобласт (уплощенные бластомеры, выстилающие изнутри прозрачную оболочку). Все больше клиник выбирает именно бластоцисты для трансплантации эмбрионов человека.
Фото авторов (а, в) и Д.В.Никифорова (б, г)
ки. У многих других млекопитающих эти процессы занимают больше времени. Например, у кошки зародыш выходит в матку на стадии морулы (рис.2) лишь на шестой день, а имплантируется на 11-й день беременности. А у горностая эмбрион оказывается в матке на 11-й день после оплодотворения и продолжает свободно там перемещаться еще долгих девять месяцев до имплантации.
Рис.2. Морула кошки.
Фото Т.С.Абрамовой
Как показано в опытах на животных, длительное культивирование эмбрионов in vitro иногда приводит к стойким изменениям фенотипа потомков, рожденных после трансплантации зародышей. В ранних экспериментах А.Макларен и ее коллег мышата, развившиеся из преимплантационных эмбрионов, культивированных со стадии восьми клеток до бластоцисты и затем пересаженных в организм приемной матери (реципиента), весили меньше, чем детеныши, рожденные естественным путем [3]. В этих исследованиях эмбрионы выращивали в синтетической питательной среде, далекой от оптимальной для развития мышиных зародышей, ведь в то время слишком мало было известно об их потребностях во время преимплантаци-онного развития. Многих нужных веществ такая среда не содержала, поэтому рост эмбриона проходил хуже, чем в естественных условиях. Впоследствии удалось добиться того, что потомки, рожденные в результате трансплантации мышиных эмбрионов, которые достаточно длительно культивировались, имели нормальную массу [4].
Другой феномен, получивший широкую известность, — появление крупных новорожденных. Биотехнологи, занимавшиеся трансплантацией выращенных в искусственных условиях эмбрионов овец и крупного рогатого скота, заметили, что рожденные после таких процедур детеныши имели значительно большую массу по сравнению с телятами и ягнятами, появившимися на свет естественным путем [5]. Тогда использовалась полусинтетическая питательная среда с добавлением феталь-ной сыворотки крупного рогатого скота. Она содержит множество активных веществ, включая различные факторы роста, дозы которых не поддаются измерению. Именно поэтому развившиеся из таких эмбрионов животные имели в некоторых случаях увеличенную массу тела при рождении.
При различии между мышами и овцами в фе-нотипическом проявлении последствий длительного культивирования, общим для них было то, что менялась экспрессия некоторых ключевых для эмбрионального развития генов. Это связывают с нарушением процессов метилирования ДНК и в результате — с нарушением избирательного инактивирования, «выключения» генов [5, 6]. Так, при культивировании эмбрионов овец в средах, содержащих фетальную сыворотку, уровень метилирования генов, кодирующих рецепторы к инсу-линоподобному фактору роста II типа, был сильно снижен, а этим легко объяснить рождение крупных детенышей [6]. В исследованиях на мышах подтвердили, что при культивировании зародышей в искусственных условиях нарушается процесс избирательной инактивации отцовских аллелей некоторых генов. В одних питательных средах эти нарушения были ярко выражены, тогда как в других — фактически отсутствовали [7].
Эффекты культивирования эмбрионов in vitro традиционно воспринимаются как негативные,
однако с появлением новых сред, учитывающих потребности зародышей, а главное, после обнаружения положительного воздействия на них факторов роста (подробнее об этом — в последнем разделе) ситуация изменилась. Преимплантаци-онный эмбрион теперь можно подвергнуть влиянию различных веществ, например дозированным воздействиям некоторых ростовых факторов. Вероятно, они могли бы смягчить проявление определенных генетически обусловленных заболеваний. Чтобы понять это, следует вспомнить об эпигенетике. Информация, закодированная в генах, может быть реализована по-разному в зависимости от того, как проходит ранний онтогенез. Следовательно, культивируемый преим-плантационный зародыш, будучи наиболее ранним этапом развития млекопитающих, предоставляет уникальные возможности для терапевтического воздействия. Оно может иметь сильные и длительные последствия при формировании фенотипа, когда из этого эмбриона разовьется взрослая особь. Так можно искать способ смягчить или отсрочить проявления генетически обусловленных заболеваний, например артериальной гипертензии (гипертонии).
Артериальная гипертензия
Гипертонией в развитых странах страдает 20—30% взрослого населения. Чем старше возрастная группа, тем выше распространенность заболевания; в некоторых странах у пожилых людей она достигает 50—60% [8]. Больными гипертонической болезнью считаются люди с длительным и стойким повышением артериального давления, у которых во время систолы оно превышает 140 мм рт. ст., а во время диастолы — 90 мм рт. ст. Уже в 2000 г в мире было около миллиарда гипертоников, а к 2025 г., по прогнозам, их число превысит 1.5 млрд.
Стресс — важнейший фактор, провоцирующий эссенциальную (первичную) гипертензию у человека. В современном обществе люди часто подвергаются различным видам стресса: эмоциональному, социокультурному и про
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.