Новое исследование Института рака Хантсмана (HCI) при Университете Юты (U of U) освещает аспекты того, как ранний эмбрион, продукт оплодотворения женской яйцеклетки мужской сперматозоидом, может дать начало ко всем многочисленным типам клеток взрослого животного. Исследователи продемонстрировали, что сотни генов, важных для контроля эмбрионального развития, упакованы уникальным образом в раннем эмбрионе - и даже в отцовской сперме - и что эта упаковка помогает контролировать, как, когда и где экспрессируются различные гены. в эмбрионе. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Cell, имеют важное значение для понимания того, как организовано раннее развитие, и обеспечивают механизм того, как родительская среда может влиять на экспрессию этих генов у потомства..
Брэд Кэрнс, доктор философии, старший директор HCI по фундаментальным наукам, профессор и заведующий кафедрой онкологических наук в Университете США, и его коллеги, в том числе научный сотрудник Патрик Мерфи, доктор философии, использовали в этой работе рыбок данио, модельную систему, которая сохраняет значительное сходство с человеческим развитием. Они продемонстрировали, что сегменты ДНК (гены), важные для контроля развития, упакованы в физические структуры, которые помогают «включать» и «выключать» гены на разных стадиях развития. Эти физические структуры служат платформами, которые помогают активировать или уравновешивать эти гены по мере необходимости для нормального развития. Исследователи также определили белковые машины, которые помещают эти физические структуры в геном, и белки, которые их удаляют, чтобы обеспечить их правильное размещение и функционирование. Эта работа основана на нескольких предыдущих исследованиях лаборатории Кэрнса, которые показывают, как гены готовятся к различным аспектам эмбрионального развития.
Ключевой вопрос эмбрионального развития заключается в том, как ранний эмбрион достигает состояния тотипотентности, которое он демонстрирует, т. е. способности становиться клетками любого типа в организме. Мы пришли к выводу, что центральным ответом может быть объединение всех гены, принимающие решения, находятся в особом физическом состоянии, которое помогает их идентифицировать и регулировать», - объясняет Кэрнс.
Исследователи давно пытались лучше понять, могут ли и каким образом гены мамы и папы быть упакованы таким образом, который влияет на экспрессию и развитие эмбриона, и как эти состояния упаковки сохраняются или перепрограммируются в процессе развития. Это исследование идентифицирует эту упаковку, называемую гистоновым вариантом H2AFV, и обеспечивает механизм наследования упаковки генов, и, следовательно, имеет важное значение для потенциала развития и наследования. Примечательно, что хотя первоначальная упаковка генов в отцовской сперме несколько отличается от упаковки в материнской яйцеклетке, было показано, что материнская упаковка перепрограммируется в такое же состояние упаковки отцовского генома, таким образом гармонизируя состояния упаковки от родителей в раннем эмбрионе. достичь того же состояния клеточного развития.
Смысл этой работы включает в себя возможный механизм того, как факторы окружающей среды, например курение, могут влиять на наследование признаков, влияя на то, как упаковываются гены развития. «Эти состояния упаковки помогают определить, экспрессируются ли гены при нормальном развитии и каким образом. Такие гены, если они неправильно регулируются, могут привести к нарушениям развития и, возможно, к предрасположенности к раку», - говорит Кэрнс. «Благодаря лучшему пониманию того, что происходит при нормальном развитии, открываются новые возможности для выявления предшественников таких заболеваний, как рак, когда развитие клеток идет наперекосяк."