Кофеин и варфарин могут вызвать лицевые деформации у эмбрионов полосатых данио

Известно, что некоторые вещества, содержащиеся в лекарствах, бытовых предметах и окружающей среде, могут влиять на внутриутробное развитие ребенка. В исследовании, опубликованном в журнале Toxicological Sciences, ученые проверили влияние пяти препаратов, включая кофеин и препарат для разжижения крови варфарин, на рост эмбрионов полосатых данио.

Выяснилось, что все пять препаратов оказывают одинаковое воздействие, нарушая миграцию костообразующих клеток, что приводит к возникновению лицевых деформаций. Эмбрионы полосатого данио быстро растут, прозрачны и развиваются вне родительского организма, что делает их идеальными для изучения раннего развития. Систему на основе этих рыбок можно использовать для простого скрининга потенциально вредных веществ, что позволит сократить число испытаний на животных и поможет будущим родителям сделать выбор в пользу себя и своего ребенка.

Многие люди имеют различия во внешности — от рождения или в результате событий, происходящих в жизни. Во всем мире более трети всех врожденных аномалий связаны с развитием головы и лицевых костей ребенка — его черепно-лицевыми особенностями, распространенным примером которых является расщелина губы и/или неба. Точная причина черепно-лицевых различий до конца не выяснена, но в настоящее время исследователи полагают, что здесь могут быть задействованы многочисленные факторы. К ним относятся генетика, среда обитания родителя, его питание, некоторые заболевания, а также определенные лекарства и химические вещества.

Тератогены — это вещества, которые, как известно, нарушают развитие эмбриона или плода; например, беременным рекомендуется избегать алкоголя и никотина. Потенциальные тератогены обычно исследуются на животных — грызунах и кроликах. Однако исследователи ищут альтернативные методы, более быстрые, дешевые и позволяющие избежать необходимости проведения испытаний на млекопитающих.

Именно здесь на помощь приходят полосатые данио. Эти крошечные пресноводные рыбки размером 2-5 см растут очень быстро: за день они развиваются так же, как человеческий эмбрион за месяц.

Эмбрионы полосатого данио прозрачны и растут вне чрева матери, поэтому мы можем наблюдать за поведением живых клеток в процессе их развития, — говорит Тору Каваниши, доцент кафедры биологических наук Токийского университета, в котором проводилось исследование.

За последние 10 лет в нескольких исследовательских проектах было показано, что полосатого данио можно эффективно использовать для проверки на наличие тератогенов. Однако точные механизмы, с помощью которых тератогены нарушают или изменяют типичное эмбриональное развитие, до сих пор не изучены.

Группа исследователей сосредоточила свое внимание на специфическом генетическом маркере группы клеток, участвующих в черепно-лицевом развитии как у млекопитающих, так и у рыб. Известно, что у человека они превращаются в части носа и челюсти.

Мы изменили геном эмбрионов полосатого данио и сделали костообразующие клетки флуоресцентно видимыми в зеленом цвете. Затем мы обработали их химическими веществами, которые, как известно, вызывают дефекты лица у новорожденных людей, и проследили траекторию движения костообразующих клеток на всех эмбриональных стадиях, — пояснил Каваниши.

Группа исследователей протестировала пять химических веществ: вальпроевую кислоту (используется для лечения неврологических и психических расстройств), варфарин (антикоагулянт), салициловую кислоту (популярна в мазях для кожи), кофеин и метотрексат (используется в химиотерапии). Как и ожидалось, все протестированные химические вещества вызывали черепно-лицевые аномалии различной степени выраженности через 96 часов после оплодотворения. Однако их удивил механизм, который привел к этому, и то, как быстро это началось.

Косте- и хрящеобразующие клетки головы, называемые клетками черепного нервного гребня (КНГК), обычно перемещаются на большое расстояние от места их первого формирования на задней поверхности шеи до места назначения, например, челюсти или носа, — пояснил Каваниши.

Нас удивило, что независимо от того, как каждое химическое вещество действует на клетки молекулярно, нарушение миграции костообразующих клеток на ранних стадиях развития было ответственно за возникновение лицевых деформаций для всех пяти химических веществ. Мы могли наблюдать признаки этого уже через 24 часа, когда эмбрионы полосатого данио и млекопитающих имеют очень схожие морфологические и молекулярные характеристики.

Полученные результаты указывают на возможное существование общего механизма, с помощью которого тератогенные химические вещества ограничивают движение CNCC на ранних стадиях развития эмбрионов, вызывая развитие лицевых различий. Исследователи предполагают, что по такому же механизму могут развиваться лицевые различия, вызванные другими веществами.

Мы будем стремиться раскрыть молекулярный механизм, лежащий в основе нарушения миграции клеток, чтобы понять, почему различные химические вещества приводят к общим дефектам миграции клеток, — говорит Каваниши.

Команда предлагает использовать эту систему на основе полосатого данио в качестве еще одного способа тестирования на наличие межвидовых тератогенов, чтобы родители и практикующие врачи были осведомлены о необходимости их ограничения или избегания.

28.09.2023