Пространственная конфигурация генома не наследуется, а устанавливается во время эмбриогенеза

        

Архитектура комплексов ДНК-белок, которые составляют геном в каждом клеточном ядре, регулирует ход раннего эмбрионального развития. Исследователи из Центра Гельмгольца Мюнхена и LMU в сотрудничестве с Институтом Хабрехта теперь показали, что эта архитектура не наследуется, а должна быть собрана новой – в процессе, который в значительной степени регулируется эпигенетическими механизмами. Новое исследование появляется в журнале Nature.

Эмбриогенез млекопитающих начинается с оплодотворения, попадания сперматозоида в яйцеклетку. Эти две клетки, каждая из которых содержит один («гаплоидный») набор хромосом, сливаются, образуя зиготу или одноклеточный эмбрион, который поэтому имеет двойной или «диплоидный» хромосомный комплемент. Затем зигота делится, последовательно давая начало 2-, 4-, 8- и 16-клеточным эмбрионам. В этот период молекулярная организация хромосом претерпевает ряд изменений. Как эти изменения достигнуты, не совсем понятно, но недавние результаты начали проливать свет на этот процесс.

Пространственная организация генома не наследуется

В сотрудничестве с Джопом Киндом из Института Хабрехта в Утрехте мы впервые применили метод DamID к эмбрионам млекопитающих ».

проф. Доктор Мария Елена Торрес-Падилья, которая была одним из руководителей исследования

Торрес-Падилья – директор Института эпигенетики и исследований стволовых клеток (IES) в Helmholtz Zentrum München и профессор биологии стволовых клеток в LMU Мюнхен. Процедура DamID приводит к образованию ковалентных связей между соседними последовательностями ДНК и белками, которые составляют ядерную пластинку, волокнистую сеть на внутренней поверхности ядерной мембраны. Определяя нуклеотидные последовательности сегментов ДНК, ассоциированных с пластинками, исследователи могут определить трехмерную конфигурацию геномной ДНК в ядре клетки.

Торрес-Падилья был удивлен результатами. Мы обнаружили, что пространственная организация генома не наследуется, а впервые устанавливается у эмбриона ». В начале эмбрионального развития, т.е. после слияния половых клеток, материнские и отцовские геномы взаимодействуют с белками ядра lamina для формирования так называемых lamina-связанных доменов (LAD). Однако эти комплексы не обнаруживаются в яйце. Очевидно, что эта конкретная пространственная конфигурация генома устанавливается очень быстро в течение первого периода раннего эмбриогенеза.

Эпигенетическое изменение хромосомных конфигураций

Кроме того, авторы показали, что весь этот процесс регулируется эпигенетическими механизмами. Например, присутствие одного гена, называемого Kdm5b, специфически ингибирует взаимодействие отцовской ДНК с ядерной пластинкой. «Благодаря нашему новому подходу мы теперь можем более тщательно исследовать клетки у эмбрионов ранних млекопитающих», – говорит Торрес-Падилья. Она надеется, что такие исследования приведут к более глубокому пониманию эпигенетических механизмов, которые также имеют решающее значение для развития человека и здоровья. Например, частота многих хронических заболеваний, таких как диабет 2 типа, болезнь Альцгеймера и рак, не может быть объяснена только комбинацией генетических факторов и факторов окружающей среды. Эпигенетические механизмы также могут играть роль в их патогенезе.

Источник:

Helmholtz Zentrum Muenchen – Немецкий исследовательский центр по гигиене окружающей среды

Журнал:

Perricone, S.M. и др. . (2019) Геном-пластинчатые взаимодействия устанавливаются de novo у ранних эмбрионов мышей. Природа . doi.org/10.1038/s41586-019-1233-0.

      

Source link