Во время первых клеточных делений эмбрионов мыши был обнаружен период нестабильности, который выражается в хромосомных ошибках

Исследователи из Центра исследований динамики биосистем RIKEN в Кобе (Япония) попытались понять, почему анеуплоидия относительно часто встречается на ранних стадиях развития млекопитающих. Авторы разработали новую методику анализа для создания одноклеточного атласа репликации ДНК доимплантационных эмбрионов мышей с высоким разрешением и геномным охватом.

"Мы обнаружили, что в определенные моменты геномная ДНК временно нестабильна и повышается уровень хромосомных аберраций", - говорит доктор Ичиро Хиратани (Ichiro Hiratani), соответствующий автор статьи, опубликованной в журнале Nature.

Репликация ДНК является ключевым процессом на ранних стадиях развития, гарантирующим сохранение геномного материала. После оплодотворения зигота проходит серию клеточных делений на две, четыре, восемь и 16 клеток, после чего начинается дифференциация на различные типы клеток. Во время каждого деления ДНК реплицируется, а затем делится поровну на две дочерние клетки.

Геномная ДНК организована в хромосомы. Во время репликации хромосомы и ДНК распутываются, образуя структуру, похожую на вилку, движущуюся по нитям ДНК. Вилка разворачивает ДНК после репликации и распутывает участки, которые будут реплицироваться дальше.

Тщательно изучив механизм репликации ДНК на уровне одной клетки, команда доктора Хиратани обнаружила, что скорость вилки резко возрастает на стадии от четырех до восьми клеток. Более того, до стадии четырех клеток репликация ДНК происходит постепенно и равномерно, в отличие от взрослых клеток, которые делают это в определенных последовательностях. Эти результаты согласуются с данными тотипотентных клеток мыши, демонстрирующих более медленный механизм репликации ДНК.
При изменении механизма репликации и увеличении скорости вилки деление из четырех в восемь клеток становится нестабильным и подвержено хромосомным ошибкам, варьирующим от лишних копий, недостающих копий, разрывов или неполных участков.

"Учитывая эти наблюдения, тем более удивительно, что ошибочное переходное четырехклеточное деление... не было устранено в ходе эволюции", - пишут авторы в своей работе. Команда также подчеркнула, что эти результаты вызывают больше вопросов, чем ответов.
"...Сохраняется ли эволюционно этот ряд явлений у других видов, включая человеческие эмбрионы? И какова дальнейшая судьба клеток с хромосомными аберрациями?" - говорит доктор Хиратани.

Эта стадия развития - деление из четырех клеток на восемь - происходит в клиниках ЭКО перед переносом эмбриона. Более того, [эти наблюдения] дают представление о будущих клинических применениях в клиниках ЭКО в отношении стратегий минимизации хромосомных аберраций, распространенных в ранних эмбрионах», - пишут авторы в своей работе.