Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Мировоззрение Энн сформировалось до Второй мировой войны, когда она симпатизировала коммунистам и даже была членом Коммунистической партии Великобритании [14]. Думаю, ей бы понравился тот факт, что я продолжила исследования человеческих эмбрионов, важные для понимания человеческого индивидуального развития и способные в один прекрасный день привести к решению проблем пороков развития и невынашивания беременности. Хотя при жизни Энн мне не приходило в голову заниматься человеческими эмбрионами, приятно думать, что ее наследие сыграло важную роль в моих исследованиях.

Первая вылазка за пределы имплантации

На фоне всего происходящего в личной жизни я не переставала думать о том, что если действительно существует связь между клетками раннего эмбриона и их судьбой на стадии бластоцисты, что происходит с этими клетками после имплантации, когда очерчивается план будущего организма? Серьезный вопрос, ответить на который не так просто. Чтобы хоть что-то понять, надо было пометить маленькие клетки бластоцисты и отследить их потомков вплоть до стадии гаструляции — критического момента в развитии, когда клетки перегруппировываются и превращаются в форму, из которой и будет развиваться животное. Как любил повторять онтогенетик Льюис Уолперт, «не рождение, свадьба или смерть, а гаструляция является самым важным событием в жизни» [15].

Проблема в том, что в лаборатории Мартина не было подходящего оборудования для того, чтобы поместить GFP в такие маленькие клетки (хотя зигота достигает 90 микрон в поперечнике, размер клеток бластоцисты равен примерно 10 микронам). Мы хотели изменить электрические свойства клеточной мембраны, чтобы ввести GFP внутрь клетки, не повреждая ее иглой. Для изучения развития бластоцисты я обратилась к Ричарду Гарднеру из Оксфорда, у которого были схожие идеи наряду с нужными навыками и оборудованием.

Я ездила на автобусе туда-сюда между университетскими городами (по три часа в каждом направлении), таская с собой большой белый ящик с сухим льдом, охлаждающим мРНК моего модифицированного GFP (мРНК очень нестабильна и должна храниться в холоде). Когда я приезжала в лабораторию Ричарда, он вводил MmGFP в качестве маркера в клетки, которые выбирал точно на обоих концах оси симметрии бластоцисты, определяя анимальный полюс по второму полярному тельцу — прочной связи между яйцеклеткой и бластоцистой, которую сам же и обнаружил [16].

Промаркировав бластоцисты, Ричард переносил их в приемных матерей, позволяя там развиваться, а через несколько дней извлекал. Эти эмбрионы я забирала в Кембридж и проверяла под конфокальным микроскопом расположение MmGFP-меченых клеток относительно передне-задней оси эмбриона прямо на входе в стадию гаструляции.

Результат деликатного труда по созданию многих десятков эмбрионов нас разочаровал. Мой MmGFP-маркер не работал. По мере деления клеток он «разбавлялся» из-за высокой скорости роста эмбриона между стадиями бластулы и гаструлы. К моменту гаструляции ни одна клетка уже не светилась зеленым. Ричард потерял надежду, да и я тоже. Но не окончательно.

Я вернулась к этой проблеме, когда случайно познакомилась с Роджером Педерсеном на конференции в Юте, где представляла свои первые результаты отслеживания клеток. Роджеру понравилась моя мечта подсмотреть за клетками на протяжении всей стадии имплантации, потому что он сам когда-то исследовал клеточные линии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Ему настолько понравилась идея, что он одолжил мне недостающую часть оборудования из своей лаборатории и, что примечательно, пожелал взять творческий отпуск и поработать вместе со мной в моей недавно сформированной группе в Кембридже.

После многих неудачных недель мы наконец-то добились успеха. Секрет состоял в том, чтобы вводить маркер в строго определенном количестве — не слишком мало, чтобы он не «разбавился» на заключительном этапе эксперимента (гаструляции), и не слишком много, чтобы он не перегрузил клетку и не привел к ее гибели. Так, благодаря принципу Златовласки^[6] мы смогли проследить, где оказались помеченные нами клетки.

Интерпретировать результаты было нелегко, поскольку у меченых клеток было множество потомков, которые не всегда выполняли те же функции. Нас так и подмывало сделать вывод о том, что клетки растут случайным образом, и прекратить дальнейшие поиски доказательств. Но мы решили продолжить. В тот момент Роджер внес еще один значимый вклад в наш проект. Он убедил Роберту Вебер, занимавшую штатную должность в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, поработать техником в моей лаборатории.