Метаболические белки перемещаются, чтобы запустить геном эмбриона

Исследователи из Центра регенеративной медицины и стволовых клеток имени Эли и Эдит Брод при UCLA обнаружили, что для активации собственного генома (полного набора генов, унаследованного от каждого родителя) млекопитающему эмбриону необходимо переместить группу белков. Согласно новому исследованию под руководством старшего автора Утпала Банерджи, эти метаболические белки, в норме находящиеся в энергогенерирующих митохондриях клеток, перемещаются в ядра, содержащие ДНК, примерно через два дня после оплодотворения эмбриона мыши.

На ранних стадиях развития млекопитающий эмбрион (зигота) использует для роста и деления гены и белки, содержавшиеся в яйцеклетке. Однако после нескольких делений клеток зиготе необходимо активировать собственный геном. Механизм этого перехода был не до конца понятен. Известно, что для него требуются определённые метаболические соединения, например, пируват, но при этом митохондрии, которые обычно перерабатывают пируват в энергию, на этой стадии развития малы и неактивны.

Банерджи, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития, и его коллеги подтвердили необходимость пирувата для активации генома, выращивая зиготы мыши в чашке Петри без пирувата. Затем, используя ряд методов на эмбрионах мыши и человека, исследователи определили локализацию белков, которые обрабатывают пируват в рамках метаболической программы, называемой циклом TCA (трикарбоновых кислот). Было обнаружено, что непосредственно перед активацией генома (на стадии двух клеток у мышей) белки цикла TCA перемещаются из митохондрий в ядра клеток. Клетки мыши, выращенные без пирувата, обычно останавливали развитие на стадии двух клеток, но учёные смогли "спасти" их, добавив метаболическое соединение, производимое циклом TCA. Повторив некоторые эксперименты на человеческих эмбрионах, они подтвердили, что метаболические белки перемещаются из митохондрий в ядро как раз в момент активации генома — на стадии 6–8 клеток у человека.

Важность метаболических белков для раннего эмбрионального развития может повлиять на будущие методы лечения некоторых типов бесплодия. Кроме того, исследователи предполагают, что некоторые стволовые клетки, имеющие сходные с ранними зиготами метаболические свойства (включая раковые стволовые клетки), также могут перемещать белки цикла TCA. Более глубокое понимание этого процесса может пролить свет на биологию стволовых клеток и изменить подходы к лечению рака.