В биологии бластомер — это тип клеток, образующихся в результате деления (дробления) зиготы после оплодотворения ; бластомеры являются неотъемлемой частью формирования бластулы и бластоцисты у млекопитающих . [1]
У людей формирование бластомера начинается сразу после оплодотворения и продолжается в течение первой недели эмбрионального развития . Примерно через 90 минут после оплодотворения зигота делится на две клетки. Двухклеточное состояние бластомера, присутствующее после первого деления зиготы, считается самым ранним митотическим продуктом оплодотворенного ооцита . [2] Эти митотические деления продолжаются и приводят к образованию группы клеток, называемых бластомерами. Во время этого процесса общий размер эмбриона не увеличивается, поэтому каждое деление приводит к образованию все более мелких клеток. Когда зигота содержит от 16 до 32 бластомеров, ее называют морулой . Это предварительные стадии начала формирования эмбриона. Как только это начинается, микротрубочки внутри цитозольного материала морулы в клетках бластомера могут развиться в важные мембранные функции, такие как натриевые насосы . Эти насосы позволяют внутренней части эмбриона заполняться бластоцельной жидкостью, которая поддерживает дальнейший рост жизни. [3]
Бластомер считается тотипотентным ; то есть бластомеры способны развиваться из одной клетки в полностью фертильный взрослый организм. Это было продемонстрировано с помощью исследований и предположений, сделанных с помощью бластомеров мышей, которые были приняты как истинные для большинства бластомеров млекопитающих. Исследования анализировали монозиготные близнецовые бластомеры мышей в их двухклеточном состоянии и обнаружили, что когда один из бластомеров близнецов разрушается, полностью фертильная взрослая мышь все еще может развиваться. Таким образом, можно предположить, что поскольку одна из клеток близнецов была тотипотентной, разрушенная изначально была такой же. [4]
Относительный размер бластомера в эмбрионе зависит не только от стадии дробления, но и от регулярности дробления среди клеток. Если число бластомеров в клеточной массе четное, то размеры клеток должны быть конгруэнтными. Однако, если число бластомеров в клеточной массе не четное, то деление должно быть асинхронным, так что размеры клеток наилучшим образом поддерживают специфическую стадию дифференциации массы. Размер бластомера обычно считается неравномерным, когда один бластомер имеет диаметр более чем на 25% больше, чем у другого сравниваемого бластомера. [5]
Разделение бластомеров из зиготы позволяет одной фертильной клетке продолжать дробиться и дифференцироваться до тех пор, пока не сформируется бластоциста . Дифференциация бластомера позволяет развиваться двум различным популяциям клеток: внутренней клеточной массе , которая становится предшественником эмбриона , и трофэктодерме , которая становится предшественником плаценты . Эти предшественники обычно появляются, когда бластомер дифференцируется в 8- и 16-клеточные массы. [6]
В течение периода дифференциации из 8 клеток бластомеры образуют адгезионные соединения и затем поляризуются вдоль апикально-базальной оси. Эта поляризация постоянно изменяет морфологию этих клеток и запускает процесс дифференциации. [6] После этого масса бластомеров из 8 клеток начинает уплотняться, образуя плотные соединения между собой, и цитозольные компоненты клетки накапливаются в апикальной области, в то время как ядро каждой клетки перемещается в базальную область. Затем формируется адгезивное латеральное соединение, и бластомер уплощается, образуя апикальный кортикальный домен. Как только начинается переход к 16-клеточной массе, апикальный кортикальный домен исчезает, но элементы полярности сохраняются. Это позволяет примерно половине бластомеров унаследовать полярные области, которые могут восстановить апикальный кортикальный домен. Другие дифференцирующиеся бластомеры затем станут аполярными. Полярные клетки бластомера, которые дифференцируются, переместятся во внешнюю позицию в развивающейся бластоцисте и покажут предшественников трофэктодермы , в то время как аполярные клетки переместятся во внутреннюю позицию и начнут развиваться в эмбрион. [7] Затем клетки полностью перейдут в свои индивидуальные состояния в одном из этих двух доменов на стадии 32 клеток. [7]
Существуют две основные модели дифференциации, которые определяют, какие клетки бластомера будут делиться либо на внутреннюю клеточную массу , либо на трофэктодерму . Первая гипотеза известна как «модель изнутри-снаружи» и утверждает, что клетки дифференцируются на основе их состояния на стадии 16 клеток или позже. Это означает, что в рамках этой модели клетки бластомера не дифференцируются на основе клеточных различий, а скорее из-за механических и химических стимулов, основанных на том, где они расположены в это время. [8]
Другая, более широко принятая модель известна как «модель клеточной полярности». Эта модель утверждает, что ориентация плоскости дробления на стадиях 8 и 16 клеток определяет их последующую дифференциацию. [9] Существует два основных способа, которыми бластомеры обычно делятся: симметрично, то есть перпендикулярно апикально-базальной оси, или асимметрично, то есть горизонтально апикально-базальной оси. Множество потенциальных гипотез и предположений, которые пытаются объяснить, почему эти клетки ориентируются именно так. Некоторые исследователи утверждают, что рано делящиеся бластомеры имеют тенденцию делиться асимметрично, [10] в то время как другие предполагают, что ориентация бластомеров на стадии 8 клеток случайна и не может быть предсказана в большем масштабе. [11] В одном исследовании, в частности, утверждается, что положение ядра в каждом бластомере можно использовать для указания того, как будет делиться клетка: если ядро находится в апикальной области, то клетка, скорее всего, будет делиться симметрично, а если ядро находится в базальной области, то клетка, скорее всего, будет делиться асимметрично. [12]
В этом процессе повторяющегося деления клеток возможны ошибки. Распространенной среди этих ошибок является то, что генетический материал не делится равномерно. Обычно, когда клетка делится, каждая дочерняя клетка имеет тот же генетический материал, что и родительская клетка; если генетический материал не делится равномерно между двумя дочерними клетками, происходит событие, называемое « нерасхождением ». Поскольку это событие происходит только в одной из нескольких клеток, существующих на данный момент, эмбрион продолжит развиваться, но будет иметь некоторые нормальные клетки и некоторые аномальные клетки. Это нарушение называется « числовой мозаицизм ». [13]
Этот мозаицизм, особенно диплоидии и полиплоидии , может привести к сбою клеточного деления и митоза. Когда эти необходимые ранние клеточные деления не происходят, эмбрион может начать формировать полиплоидные гигантские раковые клетки, которые функционируют очень похоже на клетки бластомеров, чтобы расти и развиваться в ответ на механические и химические сигналы, как это делают предшественники бластоцисты. Исследования показали, что эти гигантские раковые клетки часто также являются генетическим эквивалентом соматических бластомеров. [14]
Часто врачи и исследователи используют биопсию бластомера у беременных женщин из группы риска в качестве способа проверки на генетические нарушения. Однако эти биопсии являются инвазивными и имеют существенный недостаток по сравнению с другими формами инвазивного генетического тестирования , поскольку за один раз можно извлечь лишь небольшое количество клеток. Со временем многие специалисты перешли на биопсию бластоцисты , которая обеспечивает более низкий уровень мозаицизма , но биопсию бластомера все еще можно использовать для исследований на ранних стадиях и генетической диагностики. [15]