Новое исследование было проведено Ясухиде Охината и его коллегами из Лаборатории биологии зародышевых клеток (руководитель команды Митинори Саитоу). Сигналы проходят в зародышевых клетках каскадом, который берет начало от внеэмбрионального эктодерма. Для проведения высокоэффективной дифференциации ткани в зародышевой линии в живом организме был продемонстрирован новый механизм, которые включает и Bmp, и Wnt пути.

Ранняя работа лаборатории подчеркнула важность Bmp сигналов из внеэмбрионального эктодерма (включая белки Smad). Лаборатория Саитоу предварительно идентифицировала Blimp1, Prdm14 и звездообразную структуру, как самые ранние генетические факторы в особенностях зародышевой линии. Взяв это за основу, Охината и его коллеги задумались над тем, как могут быть связаны два эти факта. В эмбрионе определяющие факторы Blimp1и Prdm14 выражены только в ограниченном регионе первичного эктодерма, близкого к внеэмбриональному эктодерму, в то время как Bmp4 и Bmp8 выражены по всей ткани. Изучения потери функции продемонстрировали, что особенности зародышевых клеток - это результат взаимодействия между двумя сигнальными осями. Одна ось относится внеэмбриональному эктодерму (включая Bmps), а другая представлена особенностями первичного эктодерма. Особенности первичного эктодерма могут быть подавлены сигналами от раннего примитивного энтодерма (при посредничестве Smad2 и FoxH1).

Ученые попытались культивировать эти эмбриональные области, чтобы убедиться, что эксперимент можно повторить в живом организме. Используя первичный эктодерм шестого дня и внеэмбриональный эктодерм, они увидели, что присоединения Bmp4 к культуре было достаточно для вызова экспрессии фактора зародышевой линии Blimp1 по всему эксплантату. Дальнейшие исследования при использовании мутантов фактора Wnt, который вовлечен в ранний эмбрион, доказали, что функция Bmp4’s зависит от Wnt.

Второй фактор Bmp, Bmp8b, который необходим для начальной зародышевой клетки, не повлиял на зародышевую клетку. Используя мышиную модель, в которой был удален ген Bmp8b, и дальше изучения в живом организме, Охината и его коллеги поняли, что роль этого белка заключается в подавлении развития начального примитивного энтодерма, который тоже имеет подавляющий эффект на Bmp4.

Поняв принцип дифференциации зародышевых клеток, Охината использовал систему, разработанную лабораторией для управления первичным эктодермом. Индуцируемые клетки продемонстрировали экспрессию Blimp1 и другие генетические и эпигенетические признаки зародышевых клеток. Настоящая проверка началась после внедрения в тесты стерильных мышей, Оказалось, что они были вполне способны на дальнейшую дифференциацию в жизнеспособную сперму.

«В этом исследовании мы изучили первичный эктодерм, который состоит из плюрипотентных клеток, способствующих росту эмбриона. Выводы могут быть применены к плюрипотентным клеткам, таким как эмбрионные или индуцируемые плюрипотентные клетки,» заявил Саитоу. «Хотя остаются некоторые этические вопросы, возможно мы когда-нибудь применим эту технологию для дифференциации зародышевых клеток в будущем, что может применяться в лечении бесплодия.»