2.7. Развитие половых клеток из плюрипотентных ES клеток
Плюрипотентные стволовые клетки, полученные из бластоцист, могут дифференцироваться во все типы соматических тканей, включая половые клетки (рис. 20.7). Большие усилия прилагаются для эффективного получения из ES-клеток в культуре разных тканей. Недавно было показано, что из культивируемых ES-клеток можно получить PGC и, возможно, спермий- и ооцит-подобные структуры (Hubner et al., 2003; Toyooka et al., 2003; Geijsen et al., 2004). Следовательно, с углублением знаний о генетической программе спецификации PGC и гамет механизм спецификации половых клеток может быть изучен in vitro. Это, возможно, позволит создать модельную систему для изучения эпигенетического репрограммирования в этой линии клеток. Такой подход, в конечном итоге, поможет пониманию того, что происходит с линией половых клеток у человека Более того, если станет возможной направленная дифференцировка культивируемых ES-клеток человека в ооциты, их можно будет использовать для «терапевтического» клонирования, и, таким образом, отпадет необходимость в донорских ооцитах, которые трудно получать. Эти ооциты могут быть использованы для трансплантации ядер соматических клеток и получения бластоцист, а затем ES-клеток. Ядра соматических клеток, перенесенные в ооциты, подвергаются репрограммированию в тотипотентное состояние (подробно о трансплантации ядер и репрограммировании см. главу 22). Такая процедура, вероятно, окажет огромное влияние на биомедицину, так как позволит создавать «персонифицированные» ES-клетки от больных. Кроме того, она позволит иметь большое разнообразие ES-клеток от больных со специфическими заболеваниями. Такие ES-клетки, в свою очередь, открывают возможность исследовать причины, лежащие в основе заболеваний человека. Они могут быть использованы, например, для тестирования терапевтических препаратов, купирующих болезнь.
Использование человеческих эмбрионов и ES-клеток в исследованиях и терапии поднимает много этических проблем. В различных странах существуют законодательства и руководства для исследований в этой области. Если получение жизнеспособных гамет из ES-клеток человека станет возможным и они будут способны к оплодотворению и дальнейшему развитию, это поднимет новые этические вопросы о том, может ли такой подход быть использован в медицине и каким образом.
2.8. От примордиальных половых клеток к гаметам
Следующим этапом в развитии линии половых клеток является начало гаметогенеза и вступление половых клеток в мейоз. Соматическое окружение в гонадах регулирует время этого события. У самок половые клетки останавливаются в мейотической профазе, в то время как у самцов половые клетки останавливаются в митозе. Многие сигналы окружающей среды диктуют, войдут ли половые клетки в мейоз или нет. Недавно был идентифицирован новый ген Meisetz и было показано, что он играет важную роль в инициации мейоза (Hayasshi et al., 2005). Этот ген также содержит SET/PR и многочисленные «цинковые пальцы», которые, как было установлено, каталитически активны по отношению к H3K4те. Экспрессия Meisetz специфична для половых клеток и обнаруживается во время входа их в мейотическую профазу у самок на стадии Е13.5 и в постнатальных семенниках. Мутация в гене Meisetz приводит к стерильности и самцов, и самок, что свидетельствует о его важной роли в половых клетках. В мутантных половых клетках наблюдается заметное нарушение в репарации двухнитевых разрывов ДНК и спаривании гомологичных хромосом во время мейоза. Эти исследования демонстрируют важную роль эпигенетических механизмов в половых клетках во время мейоза.
Обширные эпигенетические изменения продолжаются во время гаметогенеза и, в конце концов, соматические линкерные гистоны заменяются вариантами, специфичными для семенников (Kimmins and Sassone-Corsi, 2005), а затем происходит замена большинства гистонов на протамины. Исследования показали, что в репрессию генов и хромосомное спаривание вовлечены Suv39 и H3K9 метилтрансфераза. Кроме того, два белка, Suv39hln Suv39h2, имеющие SET-домен, имеют важное значение для мужских половых клеток, причем последний экспрессируется преимущественно в семеннике, накапливаясь в половом тельце. Мутации в Suv39hln Suv39h2 приводят к стерильности, поскольку происходит остановка спемаююниальных клеток (Peters et al., 2001). В мужских половых клетках присутствует также хроматоидное тельце, облакоподобная цитоплазматическая структура. Она является цитоплазматической органеллой, специфичной для половых клеток, которая взаимодействует с ядром, содержит компактную мРНК и является РНК-процессинговым тельцем, содержащим белки Dicer и Argonaute и микроРНК.