wtorek, 1 marca 2016

Polaryzacja zarodka

zarodek
Wylęgająca blastocysta, Klimanskaya, Irina, 
et al.,  Nature (2006), embryology.med.unsw.edu.au
Na bardzo wczesnym etapie rozwoju zarodkowego ustalany jest podział komórek na te, które będą tworzyły trofoblast (trofoektodermę), czyli przyszłe łożysko oraz na te, które dadzą początek embrioblastowi (węzłowi zarodkowemu), z którego rozwinie się właściwy zarodek – nowy osobnik. Co sprawia, że te, a nie inne komórki na początku embriogenezy (rozwoju zarodka) stworzą takie, a nie inne komórki? Ssaki łożyskowe to najnowszy wynalazek ewolucji biologicznej i to one (w tym my sami) będą nas tutaj interesować, bo pamiętać trzeba, że rozwój zarodkowy, różne kluczowe momenty w embriogenezie przebiegają inaczej, zależnie od grupy systematycznej zwierząt, czyli „poziomu” rozwoju ewolucyjnego.

embrion
Zarodek 4-blastomerowy,
Zhang et al., PLoS,
embryology.med.unsw.edu.au


Rozwój zarodkowy nawet u poszczególnych gatunków ssaków wykazuje pewne różnice. Na przykład czas aktywacji genomu zarodka. Oocyt (komórka jajowa) w okresie gametogenezy (czyli powstawania tejże komórki, w końcu owulowanej) gromadzi różne składniki potrzebne do rozwoju dla potencjalnego przyszłego embrionu. Są to mitochondria, białka potrzebne do wygaszania wolnych rodników oraz mRNA czyli transkrypty, które będą służyły zarodkowi do czasu, aż nie aktywuje własnego genomu.  Właśnie to zdarzenie – aktywacja – ma miejsce w różnym czasie. U myszy dzieje się to już po pierwszym podziale, u krowy na etapie 8-16 blastomerów (komórek zarodkowych), a u człowieka 4-8 blastomerów.

blastocysta
Blastocysta przed wylęgiem,
Zhang et al., PLoS,
embryology.med.unsw.edu.au
Gdy zarodek jest na etapie 8-16 blastomerów, staje się morulą i rozpoczyna kompakcję. Komórki przestają „pływać” luźno pod osłonką przejrzystą (to taki analog do skorupki jaja, jak wspominałem, rozród ssaków łożyskowych to ewolucyjna innowacja), wytwarzają połączenia i zacieśniają się. Pomiędzy osłonką, a zarodkiem robi się coraz więcej „wolnej” przestrzeni. Jest to zjawisko w tak wyraźnej postaci specyficzne dla embriogenezy ssaków. Następnie nasz malutki ekspanduje, stając się blastulą (zwaną u ssaków blastocystą). Powstaje wspomniana już linia komórek węzła zarodkowego (embrioblastu) i trofoektodermy (trofoblastu, przyszłego łożyska). Trofoblast to komórki polarne, natomiast w jednym miejscu skupiony jest węzeł. „Skorupka” (osłonka przejrzysta) robi się coraz cieńsza, aż w końcu nasza zróżnicowana na dwie linie komórkowe blastocysta wylęga się, a dalej implantuje w macicy.

Nas interesuje jednak to, co działo się nieco wcześniej. Chcemy dowiedzieć się dlaczego te, a nie inne komórki przekształciły się w trofoblast, a reszta w węzeł zarodkowy. Przeprowadzono wiele ciekawych badań, mających to sprawdzić. Polegały one na przykład na przeszczepianiu poszczególnych blastomerów z zarodków o określonych stadiach, do zarodków na innych etapach rozwoju i sprawdzano jak przeniesione komórki będą się rozwijać. Dzięki takim testom wiemy, że determinacja co do podziału na dwie pierwsze linie komórkowe ma miejsce jeszcze przed kompakcją, czyli wspomnianym wyżej zacieśnianiem – określony, przeniesiony blastomer nie rozwijał się zgodnie z miejscem, w które go przeszczepiono. Jakie są więc hipotezy dotyczące przyczyn różnicowania? I jakie ma to dla nas praktyczne znaczenie?

zygota
Zygota, po lewej widoczne ciałko kierunkowe,
Singer, Alison B., and Joseph G. Gall. 
Nucleus 2 (2011): 403-409.
Znana polskim biologom, bo ogłoszona przez profesora Tarkowskiego, koncepcja „inside-outside” mówi, że te komórki, które we wczesnym stadium zarodkowym znajdowały się na zewnątrz, staną się trofoblastem, a te które były wewnątrz zróżnicują się na węzeł zarodkowy. Inna hipoteza głosi, że te komórki, które w trakcie pierwszych podziałów zgromadzą więcej materiałów zapasowych, staną się linią zewnętrzną, która utworzy łożysko. Rolę w determinacji podziału upatruje się też w pozycji wniknięcia do oocytu plemnika i miejsca wyrzucenia ciałka kierunkowego (nadmiaru materiału genetycznego wynikającego z mejotycznej redukcji). Są też pomysły łączące różne koncepcje, np. „inside-outside” z miejscem wniknięcia plemnika. Sytuacja oczywiście nie bierze się znikąd i ma swoje molekularne podłoże, ale poszukiwana jest fundamentalna przyczyna.

Po co nam w ogóle wiedza na temat tego, co sprawia, że wczesny zarodek różnicuje się w dwie linie komórkowe? Ma to znaczenie na przykład w klonowaniu. Mając świadomość co wywołuje analizowane zmiany, możemy wybrać odpowiednie miejsce cięcia zarodka bądź też biopsję odpowiedniego blastomeru, by zwiększyć wydajność procesu tego rodzaju klonowania. W tym kontekście dowiemy się także nieco o czasie niezmanipulowanego podziału zarodka na dwa kolejne, czyli niebiotechnologicznego, naturalnego klonowania w wyniku którego uzyskujemy bliźniaki jednojajowe. Świadomość ta przyda nam się też w diagnostyce przedimplantacyjnej – w procedurze zapłodnienia pozaustrojowego możemy wykonać analizy genetyczne i biochemiczne zarodka dzięki biopsji blastomeru. To, który wybierzemy i w jakim momencie potencjalnie może rzutować na precyzję uzyskanych wniosków. W przypadku ciąż partnerów, u których występuje ryzyko przekazania np. mukowiscydozy czy hemofilii, ma to bardzo duże znaczenie.

chimera
mysz chimerowa, NIMH
Dlaczego warto o tym pisać? Daje to ogląd na ważną kwestię związaną z kontrowersjami wokół zapłodnienia pozaustrojowego, czyli „in vitro”. Wiem, że są ludzie wierzący, że zarodek od momentu połączenia się chromosomów homologicznych podczas pierwszej jego mitozy (czyli somatycznego podziału komórkowego) nabywa duszę. Nie zdają oni sobie jednak sprawy z konfliktu logicznego, jaki następuje, a który zapewne nasuwa Wam się już na myśl. Jeżeli uznalibyśmy taki wczesny zarodek za osobę, to co jeśli się podzieli? Jedna osoba stanie się dwiema? Dusza rozdzieli się na połowę? Jest to jeden z wielu problemów, jakie napotkamy wierząc w „zarodkową esencję”, ponieważ zarodki mogą też się pochłaniać, tworząc chimery, czyli mając dwa różne zestawy genomowe w poszczególnych komórkach. Czy wówczas zarodek taki, a dalej płód i osobę nazwiemy dwu-dusznym? Jedna osoba o dwóch duszach? Powstają kolejne pytania w tym kontekście. Czy zarodek rozwijający się w nowotwór także ma duszę? Czy zaśniady są osobami, które mają duszę?

zarodek delfina
Zarodek delfina, Sedmera, D., I. Misek,
and M. Klima., European journal of
morphology (1997): 25-30.
Wracając do sedna. Słuszną teorią jest ta, którą zawdzięczamy profesorowi Tarkowskiemu, mówiąca że komórki znajdujące się wewnątrz moruli stworzą embrioblast (węzeł zarodkowy, czyli właściwego nowego osobnika lub osobniki, jeśli dalszy zarodek ulegnie podziałowi), a te na zewnątrz – trofoblast. Niewykluczone jednak, że wspomniane czynniki takie jak miejsce wniknięcia plemnika odgrywają pewną rolę, a samo zjawisko jest na pewno bardziej skomplikowane, niż uwzględnia to inside-outside. Analiza porównawcza embriogenezy (nie tylko tej bardzo wczesnej), tzn. jak rozwijają się zarodki różnych grup systematycznych zwierząt daje ogląd na niektóre ewolucyjne aspekty. Dla przykładu, u waleni (delfiny, wieloryby) w okresie zarodkowym pojawiają się kończyny przednie i tylne. Te drugie jednak zanikają, choć w wyniku „zaburzonej” ekspresji mogą się ujawnić w postaci atawizmu, co pozwala zaobserwować delfina z nogami.

Ponieważ wkraczamy w okres manipulacji ludzkich zarodków nie tylko w tradycyjnym jak dotychczas zakresie, ale także modyfikacji genetycznych, terapeutycznych, musimy pamiętać by nie pozwolić żeby nieistniejące, absurdalne i nadmuchiwane przez różnego rodzaju grupy osób zagrożenia, takie jak opisywane wyżej, przysłoniły nam (na przykład umniejszając) te realne aspekty etyczne związane ze współczesną embriologią doświadczalną i medyczną. Z czasem odkryjemy dużo więcej niewiadomych, niż tylko ta tutaj opisywana. Powstaną kolejne publikacje, artykuły popularnonaukowe, podręczniki zostaną uzupełnione. I oceniając, warto kierować się nie bezpodstawnymi domysłami, lecz tym, co wiemy. O rzeczywistości oczywiście.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz