Postnatal ovocytogenesis and possible involvement of bone marrow cells in it

Full Text

В современной биологии развития существует догма о том, что млекопитающие рождаются с уже фиксированным количеством яйцеклеток (овоцитов) и постнатальный овоцитогенез невозможен. Однако у взрослых женских особей мух дрозофил (Drozophila melanogaster) вклад в овоцитогенез вносят так называемые герминальные (герминативные) стволовые клетки (ГСК) [1]. В прошлом году группа Johnson J. из Massachusetts General Hospital (Boston, USA), занимающаяся поисками подобной популяции у млекопитающих, заявила, что у мышей (подобно дрозофилам) существует постнатальный овоцитогенез, осуществляемый за счёт ГСК [2]. Исследователи предположили, что клетки, отвечающие за постнатальное формирование половых клеток (ГСК) находятся непосредственно на периферии яичника, однако их количество не позволяет им осуществлять функции нормального овоцитогенеза.

В недавней работе этой же группы авторов, опубликованной в журнале Cell, показано, что яичники взрослых самок мышей способны довольно быстро производить до сотен овоцитов, несмотря на небольшой пул незрелых (премейотических) герминальных клеток. Кроме того, авторы впервые показывают участие стволовых клеток костного мозга в постнатальном овоцитогенезе.

Исследователи предположили, что ГСК взрослого яичника должны экспрессировать маркеры эмбриональных стволовых (ЭСК) и первичных половых клеток. Так, SSEA1+ клетки были обнаружены только в срединной части яичника, а сами овоциты этот маркер не экспрессировали. Для подтверждения гипотезы о содержании пула ГСК среди SSEA1 + клеток, проводили магнитную позитивную селекцию по SSEA1. В дальнейшем было показано, что SSEA1+ клетки экспрессируют POU-домен транскрипционного фактора Oct-4 (маркёр ЭСК), а также маркеры первичных половых клеток. Однако эти клетки не экспрессировали маркер, характерный для клеток, претерпевающих мейоз (белок синаптонемного комплекса - Scp3). Также эти клетки не экспрессировали маркеры овоцитов (Hdac6, Gdf9,Zp3), а значит овоциты и выделенные SSEA1+ клетки - это две различные популяции. После введения доксирубицина наблюдали гибель овоцитов в течение суток. Однако на вторые сутки в яичниках начинался спонтанный ово- и фолликулогенез, по-видимому, за счёт ГСК. Таким образом, авторы выделили и охарактеризовали популяцию герминальных стволовых клеток, содержащихся в яичнике взрослой самки мыши.

Однако оставалось неясным, каким образом такое малое количество SSEA1+ ГСК может обусловливать полный овоцитогенез в течение такого короткого времени? Исследователи предположили, что существует еще какая-то клеточная популяция, оказывающая влияние на этот процесс. По их предположению, это происходило за счет экстрагонадных факторов, поэтому авторы изучали экспрессию герминативных маркеров на поверхности стволовых клеток костного мозга (СККМ). В этой гипотезе есть и «эмбриологическая логика» - первичные половые и гемопоэтические клетки мигрируют из одного общего региона - проксимального эпибласта, и заселяют свои ниши.

Исследователями была показана экспрессия маркёров ЭСК (Oct-4) и герминативных клеток клетками костного мозга взрослых мышей. Кроме того, была показана экспрессия Nobox- специфического маркера ранних ооцитов, взаимодействующего с факторами Oct-4 и Gdf-9 и влияющего на фолликулогенез. По-видимому, высокоочищенную (флюоресцентный сортинг) lin−/Sca-1−/c-Kit+/Mvh+ (Mvh - герминативный маркер) клеточную популяцию костного мозга, коэкспрессирующую и другие маркёры ГСК, можно считать предшественниками яйцеклеток в постнатальном овоцитогенезе.

Трансплантация СККМ у мышей дикого типа, а также у трансгенных - неспособных продуцировать овоциты и химически стерилизованных мышей, приводила к восстановлению процесса овогенеза. У мышей, которым был пересажен костный мозг на 1 -7 дни после химиотерапии, были обнаружены сотни фолликулов на разных стадиях созревания, чего не наблюдалось в контроле. Результат подтверждался и через 11 месяцев после трансплантации. Похожие результаты были получены и в экспериментах по пересадке клеток периферической крови с использованием GFP-трансгенных животных.

Несмотря на то, что фертильность мышей-доноров остаётся неизученной, показана нормальная морфология, взаимодействие в составе фолликула и экспрессия герминальных и ооцитарных маркеров клетками костного мозга. Это характеризует СККМ как потенциальный источник половых клеток, которые способны поддерживать оогенез во взрослом организме.

Работа породила дискуссию в научном мире и ряд вопросов.

• Каков клеточный механизм овогенеза и возможно ли слияние клеток костного мозга с герминативными предшественниками?
• Способны ли обнаруженные клетки претерпевать нормальное развитие, быть оплодотворенными и дать начало новой особи?
• Возможно ли повторить похожие эксперименты с мужскими особями и генерировать сперматогенез?

Только при положительных ответах на все эти вопросы можно будет назвать изучаемые клетки истинно половыми. Тем не менее, этой работой группа Johnson J. опровергает догму биологии развития о невозможности постнатального овоцитогенеза у млекопитающих. Остаётся неизвестным наличие этого биологического феномена у остальных видов млекопитающих, включая человека.

Очень интересный комментарий к статье можно найти в последнем номере Reproductive Biology and Endocrinology [3]. В нем одна из определяющих ролей в замеченном явлении передается поверхностному эпителию яичников. Автор критикует Johnson за то, что они игнорируют теорию обновления фолликулов у взрослых млекопитающих за счёт поверхностного эпителия, выдвинутую Edgar Allen and Herbert M. Evans более 70-ти лет назад. Кроме того, в комментарии указывается, что клетки, несущие маркёры ГСК могут мигрировать в костный мозг, а не наоборот. На этот факт указывают опыты по удалению яичников, в которых клетки, экспрессирующие герминативные маркёры, в костном мозге не находили. Также обсуждаются возможные пути использования результатов исследования в медицине, при лечении бесплодия различного генеза [3]. Кроме того, необходимо помнить, что фолликул, помимо овоцита образован клетками фолликулярного эпителия, соединительной тканью, в его состав входят сосуды, поэтому требуются более четкие указания авторов на то, о происхождении каких элементов фолликула идет речь.

About the authors

V. S. Melikhova

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files