Пространственная организация ДНК формируется первой

Фундаментальная организация ДНК на активные и неактивные компартменты возникает сразу после оплодотворения яйцеклетки, ещё до активации генов. Это открытие сделали исследователи из Института Хубрехта и Центра Гельмгольца в Мюнхене. Оно поможет лучше понять механизмы развития из одной оплодотворённой яйцеклетки в целый организм, состоящий из множества разных типов клеток. Результаты опубликованы в научном журнале Nature 22 мая.

Организация ДНК в ядре

ДНК организована в ядре клетки пространственно, а не хаотично, на активные и неактивные компартменты. Неактивные компартменты прикреплены к краю круглого ядра. Этот край состоит из тонкого слоя — ламины, поэтому такие домены ДНК называются Lamina Associated Domains (LADs).

«ДНК, разделённую на LADs и меж-LAD-промежутки, можно сравнить с очень длинной гирляндой, которая не свалена на пол, а прикреплена к потолку в точках крепления», — говорит Йоп Кинд, руководитель группы в Институте Хубрехта. Это создаёт пространственно организованное разделение хромосом, делающее неприкреплённые части (меж-LADs) более доступными для активации.

Новый метод

Разные типы клеток отличаются наборами «включённых» и «выключенных» генов и тем, какие части ДНК прикреплены к ламине. До сих пор было неясно, какая из этих характеристик возникает в клетке первой.

Исследователи разработали новый метод, позволивший проанализировать организацию ДНК на LADs и меж-LADs на очень ранних стадиях развития эмбриона — от ранней зиготы (ещё до активации генов) до стадии восьми клеток.

Что формируется первым?

Исследователи обнаружили, что ДНК в зиготе уже организована в LADs и меж-LADs до активации генов в эмбрионе. Таким образом, LADs формируются до того, как начинает играть роль активность генов.

Кроме того, активность генов в процессе развития эмбриона менялась в соответствии с изменениями в структуре LADs. Это указывает на то, что организация ДНК в LADs и меж-LADs — очень раннее событие в процессе, который в итоге определяет идентичность клетки.

Примитивные LADs

Обнаруженные в ранней зиготе LADs очень близко соответствовали LADs, присутствующим во всех типах клеток, а также LADs в так называемых плюрипотентных стволовых клетках, которые ещё могут развиться во все клетки эмбриона.

«LADs в зиготе, таким образом, похожи на "примитивные" LADs, — говорит Кинд, — своего рода базовую подвесную систему в ядре клетки, на которую можно наращивать специализацию».

Новый метод и его первые результаты показывают, что этот подход можно использовать для дальнейшего изучения механизмов формирования целого организма из одной оплодотворённой яйцеклетки. Это улучшит понимание нормального развития и даст больше информации о том, что может пойти не так в процессе развития эмбриона.