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

Долгие годы я сдерживала свое любопытство, фокусируясь главным образом на том, как и когда клетки начинают дифференцироваться перед имплантацией. Ситуация изменилась в 2009 году, когда я, вдохновленная биоинженерным прогрессом, все-таки решилась попробовать. В итоге, когда мы действительно заглянули в черный ящик, мы увидели, что хрестоматийные описания наиболее аргументированных предположений о том, что происходит на этом этапе развития, были ошибочными.

Охота на эмбрион

Первые сведения об онтогенетическом развитии в период имплантации поступили из исследований человеческих эмбрионов, опубликованных больше полувека назад. В мае 1956 года вышла статья, которая давала представление о содержимом черного ящика [5]. В ней описывались исследования человеческих эмбрионов со второго по семнадцатый день развития — всего тридцать четыре эмбриона, которые были найдены в образцах тканей, полученных десятилетиями ранее. Образцы были взяты у женщин, подвергнутых гистерэктомии[16] в 1933-1934 годах. Операции были проведены автором исследования, Элеонорой Адамс из Института Карнеги в Балтиморе, штат Вашингтон, под руководством Джорджа Стритера, в те годы — директора отдела эмбриологии этого института [6].

Изучив коллекцию из десяти тысяч человеческих эмбрионов, собираемых с 1880-х, Институт Карнеги разработал стандартизированную систему из двадцати трех стадий, представляющих единую хронологию эмбрионального развития позвоночных. Не было только материала, отображающего первые две недели, и эту недостающую главу истории человеческой жизни нужно было чем-то заполнить. Шанс появился тогда, когда Артур Хертиг сделался патологом в роддоме и бесплатной женской больнице Бостона, где работал и третий автор статьи, хирург Джон Рок.

После череды благодарностей, подходящих для церемонии награждения («несравненные препараты», «великолепные фотографии», «изобретательские способности» и т. д.), авторы статьи описали критерии отбора подходящих женщин: пациентки должны были иметь симптомы, делающие их нетрудоспособными, избавить от которых могла лишь гистерэктомия, а также должны были иметь менструальные циклы, то есть могли производить яйцеклетки.

Из всего операционного материала врачи проанализировали тот, что был получен от двухсот одиннадцати пациенток с 1938 по 1954 год, и обнаружили тридцать четыре ранних эмбриона (они назвали их ova). Среди них двадцать шесть оказались имплантированными. Из всех эмбрионов был двадцать один нормальный и тринадцать аномальных. После погружения в воскообразный материал эмбрионы были послойно разрезаны и сфотографированы: это был «первый полный обзор всех серий ova... от двухдневной двухклеточной трубной яйцеклетки до семнадцатидневной имплантированной яйцеклетки с ветвящимися хорионическими ворсинками и четко определяемой эмбриональной осью».

На иллюстрации 27 к данной статье изображен двенадцатидневный эмбрион, зарывшийся в поверхность матки. На иллюстрации 43 с тринадцатидневным эмбрионом можно различить сгусток свернувшейся крови, указывающий на то, что имплантация больше похожа на вторжение. Во время имплантации эмбрион разрушает кровеносные сосуды стенки матки, вызывая небольшое кровотечение.

В процессе адаптации виды млекопитающих придумали различные стратегии имплантации в матку, происходящей после сбрасывания оболочки zona pellucida. Мышиные и крысиные эмбрионы разрушают стенку матки. Эмбрионы морских свинок проскальзывают между клетками. Эмбрионы кроликов сливаются с клетками эндометрия. Эмбрионы людей и других приматов проделывают в стенке матки отверстие.

Все эмбрионы стараются «решить» одну и ту же задачу: создать с матерью совместное предприятие, называемое плацентой. Во всех случаях внедряющийся эмбрион запускает ремоделирование прилегающей выстилки матки, чтобы сформировать ткань под названием «децидуальная оболочка» (от лат. decidua, то есть «отпадающий»). У мышей эта прилегающая ткань более губчатая в сравнении с остальной частью матки, где больше мышечной ткани.

Децидуальная оболочка защищает эмбрион от атаки со стороны защитных иммунных клеток матери и обеспечивает питанием до формирования плаценты. Часть этой поддержки исходит от материнских иммунных клеток, натуральных киллеров, которые вырабатывают стимулирующие рост факторы, участвующие в широком спектре процессов развития [7].

Роза Венто-Тормо из команды Сары Тейхманн (Институт Сенгера в Хинкстоне) изучала генетический код РНК примерно семидесяти тысяч клеток, взятых из плаценты в первом триместре, чтобы показать, как иммунная система матери ослабляется и адаптируется к поддержке плаценты, пока та внедряется в стенку матки и развивает кровеносные сосуды и прочие структуры [8]. Красота этого исследования нашла отражение в рисунке, созданном моей бывшей коллегой по лаборатории Анной Хупаловской и размещенном на обложке журнала Nature за 2018 год, где было опубликовано данное исследование.