В ходе эксперимента, который на первый взгляд выглядит как научная фантастика, Алекс де Мендоса из Лондонского университета Королевы Марии в сотрудничестве с исследователями из Университета Гонконга использовал ген, обнаруженный в хоанофлагеллятах. Это одноклеточный организм, который является ближайшим ныне живущим родственником животных. Его геном содержит версии генов Sox и POU, известные своей способностью управлять плюрипотентностью — потенциалом развиваться в любой тип клеток. С помощью выделенного гена ученые создали стволовые клетки, которые затем были использованы для создания живой, дышащей мыши. 

"Успешно создав мышь с использованием молекулярных инструментов, полученных от наших одноклеточных родственников, мы стали свидетелями необычайной непрерывности функций на протяжении почти миллиарда лет эволюции, — отмечает Мендоса. — Результаты исследования говорят, что ключевые гены, участвующие в формировании стволовых клеток, могли возникнуть гораздо раньше, чем сами стволовые клетки, что, возможно, помогло проложить путь к многоклеточной жизни, которую мы видим сегодня".

Нобелевская премия 2012 года, присужденная Синье Яманаке, продемонстрировала, что можно получить стволовые клетки из "дифференцированных", то есть уже получивших определенную функцию клеток, просто экспрессируя четыре фактора, включая ген Sox (Sox2) и POU (Oct4). В рамках нынешнего исследования, посредством серии экспериментов, проведенных в сотрудничестве с лабораторией Ральфа Яуха в Университете Гонконга, команда внедрила гены Sox хоанофлагеллят в клетки мышей, заменив нативный ген Sox2 и добившись перепрограммирования в сторону плюрипотентного состояния стволовых клеток. 

Чтобы проверить эффективность этого "перепрограммирования", полученный материал ввели в развивающийся эмбрион мыши. Полученная химерная особь демонстрировала физические черты как донорского эмбриона, так и стволовых клеток, индуцированных в лаборатории. Так, например, у нее были пятна черной шерсти и темные глаза. Это подтвердило решающую роль древних генов в обеспечении совместимости стволовых клеток с развитием животного.

Исследование прослеживает, как ранние версии белков Sox и POU, которые связывают ДНК и регулируют другие гены, использовались одноклеточными предками для выполнения функций, позже ставших неотъемлемой частью жизненного цикла животных. "У хоанофлагеллят нет стволовых клеток, это одноклеточные организмы, но у них есть эти гены. Они, вероятно, контролируют основные процессы, которые многоклеточные животные, скорее всего, позже начали использовать для создания сложных тел", — объясняет де Мендоса.

Новое открытие подчеркивает эволюционную универсальность генетических инструментов. Кроме того, оно позволяет представить, как ранние формы жизни могли использовать подобные механизмы для управления клеточной специализацией задолго до того, как появились сложные организмы.

Результаты исследования потенциально послужат подспорьем для новых достижений в регенеративной медицине. Углубляя наше понимание того, как развивались механизмы стволовых клеток, ученые могут найти новые способы оптимизации терапии с их применением и улучшить методы перепрограммирования клеток для лечения заболеваний или восстановления поврежденных тканей.

Исследование опубликовано в Nature Communications.