Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - [50]

Прекрасные клетки: децидуальные стромальные клетки

Беременность – процесс совершенно естественный и вместе с тем необычайно странный. Сперматозоиды маневрируют через матку и фаллопиевы трубы, чтобы в конечном итоге найти яйцеклетку. Затем один сперматозоид (в редких случаях несколько) проникает в яйцеклетку и запускает цепь событий. Геномы сперматозоида и яйцеклетки сливаются, и из двух клеток образуется одна. Со временем эта клетка превращается в тело, состоящее из миллиардов клеток, расположенных в строго определенном порядке. Формируются плацента и пуповина, связывающие мать с плодом, устроившимся под защитой матки. Чтобы матка могла удержать плод, необходимо формирование целого ряда новых структур.

Оплодотворение вызывает множество изменений и в теле матери. В матке формируются специализированные клетки, обеспечивающие связь матери с плодом и тесный контакт их кровеносных систем. Эти клетки помогают преодолеть то обстоятельство, что плод содержит гены и белки, доставшиеся ему от отца, и является чужеродным организмом внутри тела матери. Всегда существует риск, что иммунная система матери займется поиском и разрушением отцовских белков и уничтожит плод. Специализированные клетки подавляют такую реакцию. Децидуальные стромальные клетки как раз и совершают значительную часть этого волшебства – от нейтрализации материнского иммунного ответа до обеспечения плода питательными веществами.

Триггером для формирования этих клеток и начала многих превращений в матке служит всплеск гормона прогестерона в крови матери. Каждый месяц в крови женщины происходит подъем концентрации прогестерона, и матка начинает готовиться к беременности. Контактируя с клетками матки, прогестерон заставляет их множиться и изменяться, что приводит к утолщению выстилки матки – эндометрии. Рост уровня прогестерона приводит к превращению клеток, называемых фибробластами, в децидуальные клетки стромы. Если в этом месяце зачатие не происходит, клетки отслаиваются. Но если возникает беременность и яичники начинают производить прогестерон, тогда продолжается рост клеток и богатой клеточной среды выстилки матки, и формируются и начинают работать децидуальные клетки.

Увлеченность Линча этими клетками началась с одного научного доклада, который он услышал в Техасе, когда учился в аспирантуре Йельского университета. Исследователь, рассказывавший о беременности, показал изображения децидуальных стромальных клеток. Линч узнал, что у них есть особое свойство: их можно получать на чашках. Исследователь обнаружил, что, если взять нормальные фибробласты из любой части тела, поместить их на чашку Петри и добавить смесь прогестерона и еще некоторых химических веществ, можно получить нормальные децидуальные стромальные клетки. Линч тогда этого не знал, но такую работу делали в Йельском университете буквально в соседней лаборатории.

Линч быстро научился производить децидуальные клетки в контролируемых лабораторных условиях. Теперь он мог анализировать их геном, чтобы понять, как они появились примерно миллион лет назад. В его распоряжении была очень мощная современная технология с использованием невероятно быстрых секвенаторов. С помощью этой технологии он мог проанализировать клетку или даже целую ткань и определить последовательность каждого активного гена – всех активных генов одновременно.

Только представьте себе, что можно делать с помощью подобных технологий. Если различие между клетками определяется активированными в них генами, идентификация всей совокупности генов, активированных в разных клетках, становится важнейшим этапом в понимании различий между клетками. Вспомните, что нервные клетки и клетки костной ткани различаются, поскольку в них синтезируются белки на основании разных генов. Аналогичным образом децидуальные стромальные клетки отличаются от фибробластов набором активированных генов. Линч мог посмотреть на одну клетку и сравнить ее с другой, чтобы ответить на важнейший вопрос: каковы различия в активности генов в этих двух клетках? Один ли ген определяет все различия или несколько генов, действующих сообща, и что это за гены?

Линч брал фибробласты, помещал их на чашку, обрабатывал прогестероном и превращал в децидуальные стромальные клетки. А затем смотрел, какие гены в них активируются. Результат был потрясающим и неожиданным. Происхождение децидуальных клеток было связано не с активацией какого-то одного гена или нескольких. Одновременно включались сотни генов.

Децидуальные стромальные клетки есть только у млекопитающих: никакие другие существа подобных клеток не имеют. Их возникновение – ключевой этап в формировании механизма беременности. Но здесь-то и кроется проблема. Как могла возникнуть беременность, если для образования этих клеток требуется одновременное включение сотен генов? Для этого необходимо, чтобы в разных участках генома одновременно произошли сотни мутаций.

Для ответа на эти вопросы Линчу нужно было проанализировать каждый из сотен генов, формирующих децидуальные клетки.

Чтобы понять суть следующих манипуляций Линча, нам нужно остановиться и обсудить, что заставляет гены активироваться и превращать фибробласт в децидуальную клетку. Вспомните, что в геноме существуют переключатели, которые при соответствующих условиях включают и выключают гены. Чаще всего переключатели располагаются в непосредственной близости от активируемых ими генов. Поскольку триггером образования децидуальных стромальных клеток является прогестерон, резонно предположить, что переключатели должны на него реагировать. Генетические переключатели должны быть связаны с последовательностями, распознающими прогестерон. В присутствии прогестерона переключатель активирует ген, и на основании гена начинает синтезироваться белок.