Ученым впервые удалось получить мужские и женские клетки с одинаковым генетическим кодом от одного и того же человека. Такой уникальный набор клеток поможет исследователям понять, как половые хромосомы влияют на различные заболевания и какова их роль в процессе нашей эволюции.

A karyotype. / Jouranl Interesting Engineerin / CDC/Dr. Laine 

Половые хромосомы

В организмах большинства людей присутствуют две половые хромосомы, у женщин две X-хромосомы (XX), у мужчин - одна X-хромосома и одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY). Они определяют пол человека и отвечают за развитие женских или мужских биологических признаков.

Давно известно, что у мужчин и женщин некоторые заболевания могут протекать по-разному. Однако, когда исследователи пытаются описать эти различия, они сталкиваются с проблемами. Это происходит потому, что, набирая волонтеров для исследований, пол является лишь одним определяющим фактором. Часто бывает неясно, почему люди по-разному реагируют на болезнь или лечение. С чем это связано? C гендерной принадлежностью, генетикой, состоянием здоровья или какими-то другими факторами?

Теперь исследовательская группа под руководством профессора Бенджамина Рубиноффа, директора Центра исследования стволовых клеток Swartz Института генной терапии Голдина Савада, сумела получить мужские и женские клетки, которые генетически идентичны, за исключением половых хромосом.

Новое открытие позволит исследователям сравнивать и сопоставлять реакцию этих клеток на лекарства или использовать их для моделирования заболеваний. При этом они не будут подвержены влиянию других генетических факторов или факторов окружающей среды.

Генетически идентичная модель мужских и женских клеток

Для создания такой модели ученые использовали клетки из хранилища Института медицинских исследований Кориэлла, (это независимая некоммерческая биомедицинская организация, занимающаяся исследованиями генома человека). Клетки были получены от донора с синдромом Клайнфельтера, для которого характерно наличие дополнительной женской Х-хромосомы.

Однако в данном случае у донора была редкая "мозаичная" форма синдрома Клайнфельтера, при которой наблюдается смешение клеток с разным количеством половых хромосом. При таком состоянии некоторые клетки содержат три половые хромосомы (XXY), некоторые - две X-хромосомы, а некоторые одну X и одну Y-хромосому.

Перепрограммирование эритроцитов в стволовые клетки

Используя клеточное перепрограммирование, исследователи трансформировали зрелые белые кровяные тельца в индуцированные плюрипотентные клетки, также известные как iPS-клетки. iPS-клетки могут регенерировать и дифференцироваться в любой другой тип клеток, включая нейроны и клетки мышечных волокон.

Чтобы подтвердить свою гипотезу и повторить результаты предыдущих исследований (уже на других моделях), команда провела ряд экспериментов. Было обнаружено, что некоторые гены более активны в клетках XX или XY. Ученым удалось с помощью стволовых клеток создать незрелые версии нейронов и проследить половые различия в их раннем развитии.

"Было очень интересно наблюдать, что модель действительно демонстрирует различия между полами, о которых сообщалось в других моделях", - сказал профессор Бенджамин Рубинофф.

Гендерный подход к изучению болезней и методов лечения

Ученые считают, что очень важно понять, почему мужчины и женщины по-разному реагируют на болезни и методы лечения. Так, например, остеопороз и сердечно-сосудистые заболевания чаще встречаются у представителей одного пола, тогда как инфекционные и аутоиммунные заболевания по-разному влияют как на мужчин, так и на женщин.

Понимание подобных различий должно помочь исследователям и врачам в разработке гендерных препаратов. Кроме того, такой подход улучшит результаты лечения пациентов, поскольку позволит медикам корректировать планы лечения с учетом специфических особенностей организма.

Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Stem Cell Reports.

Аннотация исследования:

 Биологический пол является фундаментальным признаком, влияющим на развитие, репродукцию, патогенез и результаты медицинского лечения. Моделирование половых различий является сложным процессом из-за маскирующего эффекта генетической изменчивости и необходимости дифференцировать хромосомные и гормональные различия. В данной работе ученые разработали клеточную модель для изучения половых различий у человека. Соматические клетки пациента с мозаичным синдромом Клайнфельтера были перепрограммированы для получения изогенных линий индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) с различным набором половых хромосом: 47, XXY/46, XX/46, XY/45, X0. Количественный анализ экспрессии генов hiPSCs обнаружил новые и известные гены, которые имеют половой диморфизм в плюрипотентном состоянии и во время раннего нейронного развития. Женские hiPSC более похожи на "наивное" плюрипотентное состояние, чем их мужские аналоги. Более того, система позволила дифференцировать различия между X и Y хромосомами. В целом, изогенные hiPSC представляют собой новую платформу для изучения половых различий у человека и обладают потенциалом для развития гендерно-специфической медицины в будущем.

Источники и ссылки: Journal Stem Cell Reports, Jouranl Interesting Engineering.

1. (https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(22)00513-6)
2. (https://interestingengineering.com/science/male-female-cells-single-person)