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

Полярные тельца

Существовавшее в те годы сопротивление идее о том, что эмбрион утрачивает идеальную симметрию на ранней стадии развития, вызывало недоумение еще и потому, что оплодотворенная яйцеклетка уже содержит намек на асимметрию. Все дело в истории ее созревания. К каждой оплодотворенной яйцеклетке прикреплены две маленькие клетки, одна из которых создана до, а вторая после слияния яйцеклетки и сперматозоида. Эти клетки появляются в результате особого вида клеточных делений — мейоза. По этим маленьким клеткам традиционно различают два конца яйцеклетки: так называемые анимальный и вегетативный полюса, где первый содержит ядро с ДНК, а второй наполнен желтком. Крошечную клетку анимального полюса когда-то называли направительным тельцем за то, что она обозначает место, где в дальнейшем произойдет первое дробление. Сегодня эти скромные клеточки именуют полярными тельцами [11].

Они нужны для того, чтобы положить начало созданию нового индивидуума, позаимствовав в равной степени ДНК матери и отца. В каждом из нас есть генетическая смесь из ДНК обоих родителей, упакованная в клетках в виде двадцати трех пар хромосом. Как отражение этой избыточности, наши клетки называются диплоидными и ежедневно размножаются путем клеточного деления митоза, при котором их хромосомы копируются и с помощью белковых «двигателей» распределяются между двумя дочерними клетками. Но чтобы сперматозоид и яйцеклетка скомбинировали свою ДНК для создания новой жизни, им нужен противоположный процесс, где каждому достается только половина хромосомного набора, в сумме дающая норму из сорока шести (двадцати трех пар) хромосом в оплодотворенной яйцеклетке.

Чтобы подготовить почву для новой жизни, сперматозоид и яйцеклетка создаются из клеток, утративших набор хромосом и в результате превратившихся в гаплоидные клетки, которые содержат двадцать три хромосомы (а не двадцать три пары). Этот процесс хромосомной хореографии называется мейозом и включает сначала удвоение хромосомной ДНК, а затем два мейотических клеточных деления. В итоге получаются четыре гаплоидные клетки с половиной нормального количества хромосом. В мужском организме все эти гаплоидные клетки являются сперматозоидами.

Но в женском организме мейоз происходит иначе — еще одна асимметрия между полами, отражающая важность яйцеклетки, которая развивается из клеток-предшественниц, ооцитов, накапливающихся в яичниках девочки до ее рождения. Ооцит по мере созревания претерпевает два мейотических деления, но каждое из них в высшей степени асимметрично: одна клетка (яйцо) сохраняет изначальный размер, а остальные «отбракованные» клетки получаются крошечными, представляя собой те самые полярные тельца.

При первом мейотическом делении ооцит имеет двадцать три пары хромосом, ДНК которых продублирована в виде сестринских копий и перетасована между хромосомами матери. При первом мейотическом делении хромосомные пары распределяются между ооцитом и первым полярным тельцем. Удвоенные нити ДНК называются хроматидами, каждая из них представляет одну из двух копий реплицированной (удвоенной) хромосомы. Во время второго деления сестринские хроматиды снова распределяются между ооцитом и еще одним полярным тельцем. Результатом двух делений являются два маленьких полярных тельца[5], первое из которых дегенерирует, и одна большая яйцеклетка с двадцатью тремя хроматидами.

В целом женский мейоз создает одну яйцеклетку (и два полярных тельца), а мужской — четыре сперматозоида. Один сперматозоид добавляет свои двадцать три хроматиды к тем, что есть в яйцеклетке, и они вместе будут претерпевать циклы репликации ДНК и митоза в процессе развития эмбриона.

Судьба полярных телец решается по-разному. Первое полярное тельце отделяется от яйцеклетки и дегенерирует. Второе остается привязанным к ней и выживает, спрятанное в ее «скорлупе» (zona pellucida) на протяжении нескольких дней развития.

Второе полярное тельце может быть очень полезным. Его можно отобрать в качестве «представителя» яйцеклетки для диагностики, чтобы оценить аномальное распределение хромосом между яйцеклеткой и полярным тельцем, распространенное среди матерей старшего возраста[12].

Кроме того, второе полярное тельце служит навигационным маячком. Мы пользовались им как маркером, когда пытались понять, действительно ли все клетки эмбриона идентичны друг другу.

Трудный выбор

Моя двухлетняя стипендия подходила к концу, и я планировала вернуться в Варшаву. К тому моменту я обзавелась в Кембридже настоящими друзьями. Одним из них был Питер Лоренс, проводивший исследование формирования узоров и полярности у плодовых мушек дрозофил, — Питер был мне как отец. Мой коллега Джон Пайнз, изучавший клеточное деление и помогавший мне «укротить» GFP, тоже стал моим лучшим другом. Вместе с Джоном Гёрдоном и Мартином Эвансом они помогли мне решиться на то, чтобы остаться в Кембридже и продолжить изучение нарушения симметрии на мышиных эмбрионах. Они подозревали, что если я вернусь в Варшаву, в лабораторию Тарковского, то не смогу заниматься отслеживанием клеток в живом эмбрионе, поскольку там эту затею в лучшем случае посчитают бессмысленной, в худшем — еретической, ведь догма гласила, что клетки эмбриона идентичны, а их судьба — случайна.

Именно Джон указал мне на три стипендии, которые могли бы поддержать меня в Кембридже. Поскольку за них была высокая конкуренция, разбрасывать ставки казалось рискованным, Джон посоветовал мне подать заявку на все три стипендии, которые счел подходящими.

Я не поверила своей удаче, когда в 1997 году меня удостоили всех трех. Первая предназначалась для старших научных сотрудников и выдавалась Институтом профилактической медицины имени Листера. На нее можно было собрать в Кембриджском университете собственную команду. Я изумилась, ведь изначально меня даже не пригласили на собеседование, просто внесли в короткий список тех, кто был недостаточно хорош для этой стипендии. Тогда я решила забыть о заявке и пойти дальше.

Одним ранним утром я спала как убитая после ночных экспериментов в лаборатории. Сквозь сон прорвался телефонный звонок. На другом конце провода была знаменитая эмбриолог Энн Макларен, которая сообщила, что один из кандидатов на листерскую стипендию выбыл и мне надо сейчас же быть в Лондоне, чтобы успеть на собеседование для оставшихся претендентов.

Неподготовленная и измученная тем, что всю ночь всматривалась в микроскоп, я приехала на собеседование сразу после того, как получила положительные результаты, означавшие, что я успешно могу использовать GFP для отслеживания судьбы клеток не только перед имплантацией, но даже после нее. Быть может, эйфория от успеха с GFP и полное отсутствие претензий помогли мне завоевать расположение.

Мое второе собеседование было с комитетом Сидни-Сассекс-колледжа, и я помню, как с энтузиазмом делилась своей мечтой о возможности впервые отследить клетки в живом эмбрионе мыши и, разумеется, поведала о своих усилиях по превращению GFP в маркер для живых клеток. Мне казалось, они считают мой взгляд нереалистичным, поскольку я только начала использовать GFP таким образом. Однако нейробиологу