Az embriófejlődés tudománya

„Az út mely során egyetlen megtermékenyített petesejt átváltozik egy épp megszületett, édesanyja karjaiban síró csecsemővé - a leggyönyörűbb és legösszetettebb folyamat, ami csak megtörténhet a természetben. Épp csak most kezdtük el megérteni az élet leges-legkorábbi szakaszát – amikor még semmi másból nem álltunk, csak pár kupac sejtből.”

Magdalena Zernicka-Goetz professzort a sorsunk érdekli: nem a létezés, hanem a sejtek sorsának értelmében, az élet legkorábbi szakaszában."Megnézzük, hogyan határozzák meg a sejtek a saját végzetüket" - magyarázza. "Kezdetben az összes sejt azonosnak tűnik, mégis tudjuk, hogy a test különböző részei - a kezünk, a fejünk, a testünk bal és jobb oldala – lesznek belőlük. Hogy tudják a sejtek, mi a feladatuk? „

Magdalena egy laboratóriumot vezet az Élettani, Fejlődési és Idegtudományi Tanszéken, miután 20 évvel ezelőtt Cambridge-be költözött Lengyelországból, hogy csatlakozzon Martin Evans professzor laborjához. Jó társaságba csöppent. - Evans professzort lovaggá ütötték és Nobel-díjat kapott. Emellett szorosan együttműködött John Gurdon professzorral is, aki szintúgy a Birodalom lovagja és a jövő Nóbel díj várományosa.

Professor Zernicka-Goetz munkásságát az European Research Council (ERC) éppen most díjazta 2.5 millió Euroval, amely munkásság 5 évvel ezelőtt kezdődött, - de csak 2014-ben került publikálásra, -és amelyben sikerült az embriófejlődés „fekete dobozát” megnyitnia, amely során most előszőr a kutatók bepillantást nyerhetnek ebbe a korai fejlődési szakaszba (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24529478)

Miután megtermékenyítésre kerül a petesejt, többszörös osztódással egy kis, szabadon lebegő őssejtlabdává válik. Ezek az őssejtek "totipotensből" "pluripotenssé" változtatják meg saját állapotukat. A Totipotencia az az állapot, amelyben az őssejt osztódással bármilyen sejtté képes válni, vagy placentává alakulni, amely az embriót az anya méhéhez rögzíti. Ha az őssejtek pluripotens állapotba kerülnek, akkor fejlődésük már a test sejtjeinek generálására korlátozódik.

"A totipotencia klasszikus definíciója az, hogy ha elosztasz egy kétsejtű embriót két felé, akkor akár két testet is kaphatsz. De amikor ugyanezt egy négysejtes embrióval csinálod meg – amikorra már pluripotenciával állunk szemben - akkor nem fogsz négy testet kapni. De manapság a totipotenciát és a pluripotenciát másképpen is tudjuk definiálni, a génaktivitás mintájától függően. A pluripotenciának számos különálló állapota létezik, és a különböző állomások közötti utazás megértése a jelenlegi kihívás. "

Zernicka-Goetz professzor laboratóriuma azt vizsgálja, hogy a gének hogyan szabályozzák ezt a változást a totipotenciától a pluripotenciába, majd a következő szakaszig, a differenciálódásig, amikor az embrió kezd formálódni.
Körülbelül a harmadik napon, a pluripotens embrionális sejtkolóniák az embrióban összegyűlnek az egyik oldal felé. Ezt az állapotot hívjuk blasztocisztának, a képen ez szerepel.

„A blasztociszták három sejttípusból állnak: kevés számú pluripotens őssejtekből, amelyek a leendő testté fejlődnek; sejtek, amelyek placentává fejlődnek, és lehetővé teszik az embrió számára az anyaméhhez való kötődést; valamint azon sejtek, amelyek az endodermát, vagyis a petezsákot formálják, amely egyben tartja az egészet”.

Eddig minden rendben is lenne. A tudósok már sokat tudnak a sejtes és molekuláris szintű eseményekről, amelyek e három sejttípus kialakulását eredményezik. De ezután a blastociszta beágyazza magát a méh falába - és belép a "fekete dobozba".

"Már képesek vagyunk petricsészében embriót tenyészteni blasztociszta állapotig, de szükség van a méhhez való kapcsolódásra a következő fejlődési fázis bekövetkeztéhez. Miután az embrió beültetésre kerül, szem elől tévesztjük - és ha két vagy három nappal később megnéznénk, teljesen máshogy nézne már ki. Ekkor már szikhólyagnak nevezzük és teljesen átalakult. Valami nagyon fontos dolog történik vele.”

Zernicka-Goetz professzor a Cambridge-i Egyetem és a Nottingham-i Egyetem gyógyszerész kollégái segítségével olyan tenyésztési körülményeket hoztak létre amelyek megtévesztik az embriót, hogy azt gondolja, hogy beültetésre került az anyába, így elérve, hogy tovább fejlődjön. Ezt a táptalajtZernicka-Goetz professzor és csapata tovább fejlesztette, a Cambridge Enterprise pedig szabadalmaztatta.

„A beültetési szakasz sorsdöntő az embrió fejlődésében. Ez az, amikor a test teljes terve és a fej pozíciója eldől, és a terhesség ezen szakaszában jó néhány fejlődési rendellenesség is létrejöhet. Amíg nem dolgoztuk ki ezt a technikát, nem volt mód arra, hogy közvetlenül lássuk, mi történik, és hogyan kezdődik ez az egész, hogy avatkozhatunk közbe, hogy elkerüljük a rosszat. Azonban a fekete doboz feltárásra került, és most úgy érezzük, mintha egy új világ tárult volna fel a szemünk előtt. A beültetés és a szikhólyag között az őssejtek úgynevezett rozettákat alkotnak, amelyek középpontja egy lyuk. A lyuk végül az az üreg lesz, amelyben a magzat felfüggesztésre és gondos védelemre kerül. Eddig azt hittük, hogy ez a lyuk egy úgynevezett apoptózissal vagy programozott sejthalállal alakul ki, de eddig senki sem látta, hogy nyílik meg ez a fontos nyílás először. „

Miután kifejlesztésre került ezeknek a folyamatoknak a megfigyelése élő egér embriókban, Zernicka-Goetz professzor és csoportja megállapította, hogy a pluripotens sejtek nem halnak meg, hanem csak egy gyönyörű háromdimenziós rozetta struktúrába szerveződnek. De miért pont rozetta?

„Az egyik hipotézisünk szerint ebben a szakaszban nagyon fontos a koordináció a sejtek között. Ha kaotikusan viselkednének, akkor nem egy, hanem számos üreggé formálódnának. A sejtek elrendeződése rozetta formájú struktúrává biztosítja, hogy ez ne történjen meg, és a teljes embrió, így a baba is normálisan fejlődjön.”

Zernicka-Goetz professzor posztdoktor munkatársa, Anna Hupalowska ezt egy meglehetősen szép analógiával, a szinkronúszással szemlélteti. Ha a rendezetlen formában úszók rozettaformába rendeződnek, akkor könnyedén és elegánsan hoznak létre fánk alakzatot, egy lyukkal a közepén.

Egy másik posztdoktor kutató Professzor Zernicka-Goetz csapatában, professzor Dr. Marta Shahbazi jelenleg teszteli a hipotézist, és próbál rájönni a pluripotencia állapot vezérlésére, amely ebben az időszakban ugyancsak változik.

Ez a folyamat látható az egér és majom embriók fejlődésében, arra utalva, hogy az embernél is hasonlóképpan lehet. Professzor Zernicka-Goetz és csapata az ERC díjat fogja felhasználni, hogy lássák valóban így van-e. Ez lesz az első alkalom, hogy bárki képes lesz megfigyelni rozetta formációt emberi embrióban, hogy hogyan alakul ki ez a minta és mi a megfelelő embriófejlődés kulcsa a beágyazódás során.

A díj egy olyan kutatást tesz lehetővé, aminek személyes vonatkozása is van. Amikor Professzor Zernicka-Goetz második gyermekével, Simonnal volt terhes már a negyvenes éveiben járt. Annak tudatában, hogy ez emeli a fejlődési rendellenességek kockázatát, olyan genetikai tesztet csináltatott, amely a placenta sejtjeinek eltávolításával járt együtt (ami ugyanúgy a petesejt osztódásából jön létre, mint a magzat) – hogy megnézzék a kromoszómaszámot. Egy egészséges személyeknek két kópia van minden kromószómájából (kivéve az X és Y nemi kromoszómát); egy számfeletti kromoszóma problémákat okoz – a Down kór esetében például a 21. kromószómából van egy extra.

“Kiderült, hogy a placenta sejtek negyedében abnormalitás található, három másolat volt a kettes kromoszómából, amely egy, a Down kórnál is komolyabb problémát jelent, mivel ez a kromoszóma sok gént tartalmaz. Ez nagyon ijesztő volt.”

Úgy döntött, hogy megtartja a babát és további teszteket végeztetett el, amely során magzati sejteket vizsgáltak. Szerencsére jóra fordult minden, és Simon testében megfelelő a kromoszómaszám, tökéletesen egészséges.

Ez rádöbbentette, hogy milyen kevéssé is értjük, hogy hogyan és mikor lesznek ezek az aneuploid sejtek végül eliminálva; ez a személyes tapasztalat inspirálta őt, hogy egér és őssejt modelleket hozzon létre, hogy kiderítse pontosan hogyan és mikor történik mindez.

“Tudnunk kell, hogy mi történik ezekkel az abnormális sejtekkel – megmaradnak és potenciálisan befolyással lesznek a gyermek fejlődésére, vagy valahogy átveszik a helyüket az egészséges sejtek? Mivel a nőknél egyre inkább kitolódik a gyermekvállalás ideje, ez egy olyan kérdés, amelynek megválaszolása egyre sürgetőbb.”

Tudjon meg többet a Cambridge University kutatásairól itt: http://www.cam.ac.uk/research

Forrás: https://medium.com/@cambridge_uni/tempting-fate-how-to-get-a-head-in-embryo-development-29ba87996137