Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком - Зерницка-Гетц Магдалена

Эти эксперименты показали, что та часть эмбриона, которая развивается в собственно эмбрион, а затем — в мышонка, может самостоятельно избавляться от клеток с аномальным набором хромосом. Эмбрион оказался способен как к самоорганизации, так и к самовосстановлению. Это был существенный результат. Однако важно подчеркнуть, что не все аномальные клетки были уничтожены. Происходит ли это позже? Продолжается ли подобная самокоррекция после имплантации? Мы не могли тогда выяснить, поскольку еще не умели культивировать эмбрионы после стадии имплантации. Этот оставшийся вопрос только сильнее мотивировал меня на то, чтобы придумать способ выращивания эмбриона после имплантации в культуре.

Работа была не закончена. Оставался центральный вопрос о том, могут ли уцелевшие в мозаичном эмбрионе нормальные клетки компенсировать уничтоженные аномальные. И самое главное: если могут, то какое количество нормальных клеток должно присутствовать в мозаичном эмбрионе, чтобы обеспечить его восстановление?

В поисках ответа мы решили создать мозаичные химерные эмбрионы, у которых соотношение контрольных (нормальных) клеток к обработанным реверсином (аномальным) клеткам составляло 1:1 или 1:3, а затем подсадить их приемным самкам. Вскоре после имплантации Хелен их извлекла. Поразительно, но все мозаичные эмбрионы 1:1 выглядели такими же нормальными, как контрольные, указывая на то, что, если в эмбрионе остается лишь половина нормальных клеток, их по-прежнему достаточно для развития и восстановления. Как и следовало ожидать, среди мозаичных эмбрионов 1:3 было гораздо меньше жизнеспособных, хотя кое-кто все-таки спасся, несмотря на то, что на 75% состоял из аномальных клеток.

Полученные данные позволяли предположить, что смертельного эффекта аномального количества хромосом можно избежать, если в эмбрионе достаточно нормальных клеток.

Но мы ничего не могли допустить просто так. Для абсолютной уверенности Хелен еще раз создала мозаичные эмбрионы, но в этот раз позволила им развиваться в приемных самках на всех стадиях беременности. Из тринадцати мышей у семи не осталось ни одной клетки, обработанной реверсином. Все мышата выжили и не имели признаков нарушенного здоровья.

Насколько известно, это был первый случай, когда кто-то продемонстрировал прогрессивное уменьшение количества анеуплоидных клеток в эмбрионе млекопитающего и доказал, что это происходит с помощью разных механизмов, в зависимости от клеточной линии.

Можно было заключить, что мозаичные эмбрионы, вероятно, выживают при условии наличия достаточной доли клеток с нормальным набором хромосом. Удивительно, но после уничтожения аномальных клеток их заменяют нормальные, тем самым восстанавливая эмбрион. Однако в той части эмбриона, которая превращается в плаценту, присутствие аномальных клеток допустимо — они просто медленнее делятся. Я всегда надеялась, что существует нечто подобное, и так захватывающе было обнаружить веские доказательства своей догадки. Но опять-таки должна подчеркнуть, что результаты были получены на мышах, а когда дело касается клиники, то здесь необходимо провести больше исследований, чтобы посмотреть, применимо ли то же самое к человеческим эмбрионам. Тем не менее в главе 10 мы обсудим недавно полученные доказательства того, что некоторые мозаичные эмбрионы действительно могут развиваться в здоровых новорожденных.

Вечная проблема публикации

Хелен успешно защитила диссертацию по результатам исследований мозаичных эмбрионов и покинула лабораторию для продолжения своей медицинской карьеры раньше, чем у нас получилось превратить ее исследования в статью в научном журнале. Эта конкретная статья была важна для меня не только в плане научных достижений, но и как помощь в понимании результатов теста CVS, которая могла пригодиться другим парам, столкнувшимся с похожей дилеммой.

Однако первую представленную нами рукопись отклонили. Рецензенты попросили нас провести как можно больше дополнительных исследований. К тому времени в моей команде появился еще один аспирант, Сара Грэхем, которая только что закончила свою диссертацию и заняла должность постдока, финансируемую моей стипендией от Wellcome Trust. Сара оказалась внимательным и талантливым эмбриологом и проделала огромную работу для завершения нашего проекта.

Мне также посчастливилось воспользоваться усилиями других великолепных ученых с подходящим набором навыков. Чтобы узнать подробнее, каким образом реверсии вызывает аберрации ДНК, мы обратились к Тьерри Воэту и его команде, изучавшим генетические модификации в Центре Сенгера и разрабатывавшим способы изучения генетических изменений отдельных человеческих клеток. С помощью Тьерри мы смогли применить метод секвенирования ДНК одиночной клетки и, проанализировав изменения ДНКв клетках из обработанных и необработанных эмбрионов, продемонстрировать, что реверсии действительно вызывает хромосомные аномалии. Метод подтвердил, что обработка реверсином провоцирует высокий уровень анеуплоидии.

Наука зиждется на скептицизме. Один из рецензентов попросил нас придумать альтернативный способ нарушения хромосомного набора и повторить эксперименты с использованием этого нового метода. Это было чересчур и означало, что пройдет еще один год, прежде чем мы сможем опубликовать наши результаты и познакомить с ними других людей. Но когда рецензент говорит вам что-то сделать, вы либо подчиняетесь, либо ваша статья не будет опубликована.

Этот второй метод, использованный Сарой для создания хромосомных аномалий в клетках, основывался на так называемой малой интерферирующей РНК, которую я и моя первая коллега постдок Флоренс Вини применяли в конце 1990-х для включения и выключения генов в определенное время и в определенном месте в мышиных яйцеклетках и эмбрионах [3]. С помощью РНК-интерференции (сокращенно RNAi) можно было целенаправленно снизить уровень экспрессии гена, ответственного за синтез еще одного белка, митотического дефицитного блокатора-2, который задействован в контрольной точке сборки веретена и английское название которого mitotic arrest deficient-2 имеет броскую аббревиатуру MAD2[18]. Сара провела все эти эксперименты — и вновь после того, как генетический «ключ» был задействован в клеточном «двигателе», на выходе получился тот же результат, хотя воздействие было более тонким, чем при обработке реверсином.

После второй изматывающей серии экспериментов Сара написала статью, которая наконец-то была опубликована в марте 2016 года в журнале Nature Communications [4]. К тому времени Саймону было девять лет. В общей сложности прошло десять лет с того момента, когда я получила аномальные результаты теста, до момента, когда мы смогли поделиться исследованиями мышиных эмбрионов, которые помогли мне разобраться в причинах своих плохих анализов.

Как делается наука

Если коротко, драма научного открытия разыгрывается в трех действиях. Действие первое зависит от новой идеи, придумывания способа ее проверки и, что не менее важно, наличия источника финансирования и подходящих сотрудников. Действие второе включает проведение эксперимента, подтверждающего или опровергающего идею, — чаще всего и то и другое. Действие третье — это подготовка статьи с описанием эксперимента и передача ее в журнал для того, чтобы опубликовать открытие и внести вклад в общую копилку знаний, а также, в зависимости от мнения коллег, повысить их уровень.

Обычно каждое из трех действий требует одинаковых усилий и времени. Зачастую приходится повторять эксперименты снова и снова, чтобы убедиться в полученном результате и глубже понять увиденное.

Успех в науке требует жертв. Для моей команды это означало долгие часы за проведением экспериментов и напряженных дискуссий со мной и друг с другом, чтобы понять смысл полученных результатов. Лично для меня это означало пожертвовать общением с семьей и друзьями и не заниматься другими любимыми делами вроде похода в кино или на художественную выставку. И хотя завершение долгого пути само по себе является наградой, мы обязательно отмечали важное открытие шампанским. В случае исследования мозаичных эмбрионов мы праздновали свои успехи не единожды. Первую вечеринку мы закатили в лаборатории — Сара оказалась не только превосходным ученым, но и кулинаром, и испекла свой особенный торт с фундуком. Вторая вечеринка с Дэвидом и друзьями состоялась у меня дома. Мы танцевали под живую музыку в исполнении группы, которая каким-то образом уместилась в нашем маленьком саду.