В процессе развития зиготы происходит прогрессивное уменьшение тотипотентности вновь образующихся делящихся клеток. У млекопитающих продукты только очень ранних делений сохраняют тотипотентность, когда каждая клетка в отдельности в принципе способна генерировать целый организм.
Ранним этапом развития эмбриона млекопитающих является бластоциста (левый рисунок в заголовке), структура, у которой наружный слой клеток трофэктодермы в будущем формирует плаценту, а внутренняя группа клеток дает начало всему зародышу и, в конце концов, новому организму. Внутренние клетки будут, следовательно, дифференцироваться во все известные 200 (или около того) специализированные соматические клетки, найденные у взрослых организмов, и поэтому относятся к плюрипотентным клеткам. Эти плюрипотентные клетки могут быть изолированы из ранних эмбрионов и при определенных условиях культивирования могут постоянно расти in vitro, сохраняя способность дифференцироваться в любые специализированные клеточные типы, найденные у эмбрионов и взрослых организмов, включая спермин и яйцеклетки. Такие клетки были получены из эмбрионов человека и мыши и называются плюрипотентными эмбриональными стволовыми клетками или ES-клетками. Способность генерировать плюрипотентные стволовые клетки быстро теряется после имплантации >мбриона и начала программы эмбрионального развития
Одними из наиболее ранних клеточных типов, закладывающимися во время эмбрионального развития, являются предшественники спермиев и яйцеклеток, называемые примордиальными половыми клетками (PGC), видимые как зеленые клетки на правом рисунке заголовка. Это событие гарантирует, чтобы клетки, которые впоследствии дадут начало последующим поколениям развивающегося эмбриона, возникали первыми. Примордиальные половые клетки являются высокоспециализированными клетками, которые впоследствии развиваются в зрелые спермии или яйцеклетки во взрослом организме, таким образом, повторяя цикл, в то время как остальные клетки тела, в конце концов, погибают. PGC, таким образом, являются особыми клетками. Они также могут быть использованы для получения плюрипотентных клеток, называемых эмбриональными половыми клетками или EG.
Стволовые клетки присутствуют и во взрослом организме. Например, взрослые стволовые клетки образуют миллиарды различных клеток крови, которые происходят из стволовых клеток крови костного мозга. Наши клетки кожи или желудочно-кишечного тракта постоянно обновляются за счет дифференцировки соответствующих стволовых клеток. Взрослые стволовые клетки нормально способны генерировать клетки специализированных тканей, а не различные клеточные типы, которые могут быть получены из плюрипотентных стволовьгх клеток. Очень важно понимать сходство и различия между плюрипотентными ES и взрослыми стволовыми клетками, включая эпигенетические механизмы, которые регулируют эти свойства Понимание эпигенетических свойств половых клеток и плюрипотентных стволовых клеток поможет нам выработать новые подходы для терапии, особенно для регенеративной медицины.
1. Введение. Жизнь млекопитающих: генетическая и эпигенетическая непрерывность
Генетическая информация, закодированная в геноме индивидуума, закладывается в момент оплодотворения и не изменяется при развитии, за исключением мутаций и направленных изменений последовательностей, происходящих, например, в иммунной системе. Яйцеклетка, или ооцит, женский вклад в оплодотворенную зиготу, вносит три типа наследственной информации в развивающийся эмбрион (рис. 20.1). Она вносит половину генетический информации, дополняемой гаплоидным геномом спермия. Кроме того, поскольку она является основой развивающегося эмбриона, определенные ранние этапы развития контролируются материнской наследственностью через материнские РНК и белки. Наконец, есть эпигенетическая информация, содержащаяся в ооците, которая оказывает влияние на регуляцию генома в развитии.