Исследователи из Института Фрэнсиса Крика показали, что гонадотрофы — клетки гипофиза, играющие ключевую роль в половом созревании и репродукции, — происходят из двух разных популяций, причем большинство из них образуются после рождения, а не в эмбрионе, как считалось ранее. Лучшее понимание того, когда развиваются эти важные клетки, может помочь лечить расстройства, влияющие на половое созревание и фертильность.
В гипофизе, небольшой железе, расположенной в середине головы и связанной с мозгом, гонадотрофы выделяют гормоны, которые стимулируют яичники или яички созревать и начинать производить яйцеклетки или сперматозоиды. Гонадотрофы впервые появляются у эмбриона и увеличиваются в количестве после рождения.
Группа исследователей из Крика ранее выявила в гипофизе популяцию тканеспецифичных стволовых клеток — клеток, способных самообновляться и специализироваться в любой тип клеток, составляющих ткань, в которой они находятся.
У них не было очевидной функции, хотя в особых условиях они могли превращаться в любой тип гормональных клеток. Теперь, в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые установили, что эти стволовые клетки дают начало основной части популяции гонадотрофов после рождения. Команда выяснила это, генетически маркируя и отслеживая потомков стволовых клеток по мере их развития в различные типы в гипофизе у мышей.
Отслеживая маркеры с момента рождения и до года, команда увидела, что часть стволовых клеток почти исключительно превращается в гонадотрофы, а не в другие типы клеток гипофиза. Этот процесс начался после рождения и продолжался до полового созревания, которое у мышей называется «минипубертатным» периодом.
Ученые также показали, что две популяции расположены в разных отделах гипофиза и эмбриональные гонадотрофы остаются на месте в течение всей жизни, в то время как популяция, полученная из стволовых клеток, распространяется по всей железе после рождения.
Далее команда попыталась понять, что именно стимулирует стволовые клетки к превращению в гонадотрофы. Исследователи подтвердили, что это должно быть что-то, присутствующее в организме, поскольку после выделения в лаборатории стволовые клетки могли стать любым типом клеток гипофиза, а не, как это наблюдалось у молодого животного, почти исключительно гонадотрофами.
Сначала исследователи заблокировали гормон, вырабатываемый в мозге под названием гонадотрофин-рилизинг-гормон (GnRH), который стимулирует гонадотрофы к выделению гормонов. Это привело к уменьшению размеров яичников и яичек, но не остановило превращение стволовых клеток в гонадотрофы, что говорит о том, что GnRH не является сигналом, стимулирующим их развитие. Аналогичным образом, удаление половых гормонов, таких как тестостерон, путем введения мышам химических блокаторов или удаления яичников и семенников, не оказало никакого влияния.
Поскольку GnRH и половые гормоны не играли роли в формировании гонадотрофов, команда предположила, что для развития гонадотрофов в нужное время важен физиологический контекст, например, выход из материнского организма при рождении.
Люди с редким генетическим заболеванием, называемым врожденным гипогонадотропным гипогонадизмом, не вырабатывают GnRH. Это означает, что гонадотрофы не стимулируются к выработке гормонов, запускающих половое созревание, что приводит к отсутствию или неполному половому развитию.
Подобно мышам, люди также проходят через минипубертат, когда всплеск активности гипофиза происходит сразу после рождения и длится от нескольких месяцев до нескольких лет. Исследователи считают, что у людей могут существовать те же две субпопуляции гонадотрофов, что позволяет предположить, что гонадотрофы также в основном вырабатываются в период минипубертата.
Это говорит о том, что в раннем возрасте есть возможность диагностировать такие заболевания, как синдром Шерешевского-Тернера, или проверить и скорректировать правильное формирование гонадотрофов. Ранняя диагностика может предотвратить нарушение полового созревания у детей в более позднем возрасте.
Карин Риццоти, главный научный сотрудник лаборатории биологии стволовых клеток и генетики развития в Крике, сказала: «Мы давно знали об этой популяции стволовых клеток в гипофизе, но для того, чтобы понять, насколько они важны, потребовались правильные инструменты, использованные в нужное время. Вместо прежней идеи о том, что все гонадотрофы имеют одинаковое происхождение, мы обнаружили, что существует две волны генерации — до и после рождения».
Дэниел Шеридан, автор статьи, сказал: «Наше открытие, что гонадотрофы в основном производятся после рождения, очень важно, поскольку оно открывает возможность вмешательства, которое было бы затруднено, если бы они в основном производились в эмбрионе. Мы еще не выяснили, что стимулирует стволовые клетки к превращению в гонадотрофы, что помогло бы нам понять, как лечить заболевания, влияющие на половое созревание».
«Теперь, когда мы знаем, что существуют две отдельные популяции гонадотрофов, мы можем начать выяснять, какая группа поражается при различных заболеваниях, которые приводят к задержке или отсутствию полового созревания. Следующим шагом будет изучение роли каждой популяции у мышей с аналогичными нарушениями полового созревания», — заключили специалисты.
