Исследователи раскрывают, как оплодотворенная яйцеклетка, или зигота, инициирует свою собственную генетическую программу, процесс, известный как активация генома зиготы. Ученые идентифицировали семейство генов OBOX как главных регуляторов, имеющих решающее значение для этой активации. Эти гены дают указание ферменту РНК-полимеразе II транскрибировать нужные гены в нужное время, начиная развитие эмбриона. Ученые считают, что функции генов избыточны, чтобы гарантировать успешное завершение этого критического перехода. Исследование было опубликовано в научном журнале Nature.
Новизна исследования
Новая работа ученых из США и Китая показывает, как оплодотворенная яйцеклетка, или зигота, «перезагружается», чтобы новообразованный эмбрион мог развиваться в соответствии со своей собственной генетической программой.
Уже некоторое время известно, что геном только что оплодотворенной яйцеклетки неактивен и должен быть разбужен, комментирует Ричард Шульц (Richard Schultz), профессор-исследователь Калифорнийского университета в Дэвисе (University of California, Davis), Школы ветеринарной медицины и автор статьи. Этот шаг называется активацией генома зиготы.
«Для развития эмбриона ооцит/яйцеклетка должна потерять свою идентичность и сделать это, создав новый материал», — объясняет Шульц. «Теперь мы знаем первые шаги в том, как происходит этот переход».
Пробуждение зиготы
Чтобы произошел процесс перезагрузки или пробуждения, эмбрион должен начать транскрибировать гены из своей ДНК в информационную РНК, которая, в свою очередь, транслируется в белки. Первые транскрибированные гены активируют другие гены, реализуя программу, которая позволит эмбриону развиться в полноценную мышь (или человека). Идентичность этих первых генов-мастер-регуляторов до сих пор была неизвестна.
Работая в Университете Пенсильвании (University of Pennsylvania) с Паулой Штайн (Paula Stein) лаборатория Шульца определила большое семейство генов, называемых OBOX, в качестве вероятных кандидатов. Семейство состоит из 8 генов, OBOX1-8.
Основываясь на профилях их экспрессии во время раннего развития, OBOX1, 2, 3, 4, 5 и 7 были вероятными кандидатами.
Работая с лабораторными мышами, ученые смогли исключить всех вероятных кандидатов, а затем систематически восстановить гены OBOX, чтобы установить, какие из них имеют решающее значение для активации генома зиготы. Без этих генов развитие эмбриона останавливается на стадии от двух до четырех клеток.
Наиболее интересным и непредвиденным было то, что функция этих генов OBOX была очень избыточной: нокаут одного из них мог быть заменен другим.
По словам Шульца, эта избыточность, вероятно, возникла из-за важности перехода. Кроме того, исследователи обнаружили, что гены OBOX функционируют, облегчая Pol II определение местоположения правильных генов, чтобы начать активацию генома зиготы.
У мышей активация генома происходит на стадии двух клеток. У человеческих эмбрионов это происходит позже, когда эмбрион прошел пару раундов деления и образовал восемь клеток.
Открытый вопрос заключается в том, насколько консервативен этот процесс у разных видов, т. е. участвуют ли OBOX-подобные гены в активации генома у людей.
Работа также имеет значение для понимания того, как перепрограммируются эмбриональные стволовые клетки, чтобы они могли развиваться в любую ткань организма.
Авторы другого исследования разработали в лаборатории модель человеческого эмбриона из стволовых клеток