Более половины наших геномов состоит из остатков древней вирусной ДНК, известных как мобильные элементы («прыгающие гены» - прим. перев.), которые широко распространены по всему древу жизни. В своё время ими пренебрегали как «тёмной стороной» генома, но теперь исследователи из Центра Гельмгольцы в Мюнхене и Университета Людвига-Максимилиана обнаружили, что они играют ключевую роль в раннем развитии эмбриона.
Неразрешённые вопросы о роли древней вирусной ДНК
Мобильные генетические элементы, остатки древней вирусной ДНК, повторно активируются в течение первых часов и дней после оплодотворения. В этот динамичный период раннего развития клетки эмбриона демонстрируют необычайную пластичность, но молекулярные механизмы и факторы, отвечающие за эту пластичность, остаются неясными. Исследования на мышиных моделях предполагают, что мобильные элементы играют ключевую роль в пластичности клеток, но до сих пор до конца не ясно, насколько этот феномен присущ всем видам млекопитающих. Различное эволюционное происхождение этих вирусных остатков также ставит вопрос о том, насколько они сохранились в геномах млекопитающих. Понимание механизмов регуляции, управляющих активацией мобильных генетических элементов, жизненно необходимо для достижения новых успехов в регенеративной медицине и открытия фундаментальных принципов регуляции генома.
Элементы вирусов, считавшиеся вымершими, повторно экспрессируются в эмбрионах млекопитающих
Исследовательская группа под руководством профессора Мария-Елена Торрес-Падилья начала исследовать эти древние последовательности ДНК, разработав новый метод изучения их транскрипции. Они создали атлас отдельного эмбриона, сравнив эмбрионы различных видов млекопитающих, включая мышь, корову, свинью, кролика и макака-резуса. Их результаты оказались неожиданными – они обнаружили, что очень старые вирусные элементы, ранее считавшиеся вымершими, повторно экспрессируются в эмбрионах млекопитающих. Они также обнаружили, что у каждого из изучаемых видов экспрессируются различные типы этих элементов.
Новые перспективы манипулирования генами и исследований пластичности клеток
Эти наблюдения показывают, что активация мобильных элементов сохранилась у всех видов, и идентификация отдельных элементов предоставляет замечательные возможности для манипулирования тысячами генов в клетках одновременно. «Этот подход обеспечивает новый способ повлиять на судьбу клетки, например, управляя дифференциацией клеток, для чего обычно требуется одновременная манипуляция сотнями генов», — говорит один из первых авторов статьи Марлиес Оомен. — Наши результаты подчёркивают важность понимания принципов регуляции мобильных элементов».
Профессор Торрес-Падилья добавила: «Наше исследование показало, что активация мобильных элементов — отличительная черта ранней стадии развития эмбриона у нескольких видов млекопитающих. Это очень важная находка, так как эти клетки на ранней стадии могут дифференцироваться в любой тип клеток организма. Поняв, как эти клетки управляют древними элементами вирусов, мы проникаем в суть механизмов пластичности наших клеток. Эта работа готовит почву для будущих исследований специфических регулирующих элементов, имеющих огромное значение в понимании здоровья и болезней, и каким образом манипулирование этими элементами может влиять на клеточные процессы».
Беспрецедентный массив данных по раннему развитию у различных видов млекопитающих
Помимо разработки новой методологии, открывающей новые перспективы для учёных, работающих с отдельными клетками и эмбрионами, в работе над этим исследованием был создан беспрецедентный массив данных. Раннее развитие эмбриона — очень динамичный процесс, представляющий для учёных огромный интерес, но в большинстве исследований внимание уделяется отдельному виду, как правило, мышам или человеку. Однако в этом исследовании был использован эволюционный подход, сравнивающий различные виды млекопитающих, что позволяет идентифицировать ключевые пути регуляции, общие для всех млекопитающих. Биологические знания, полученные благодаря этому исследованию, в сочетании с богатым массивом данных, послужат ценным ресурсом для учёных, занимающихся онтогенетикой и репродуктивной биологией.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Гельмгольц Мюнхен (Helmholtz Munich).
Вам также может быть интересно: