Раскрытие тайн деления клеток в эмбрионах с помощью покадровой съемки
Исследователи из Подразделения динамики клеточного деления Окинавского института науки и технологий (OIST) впервые детально изучили митоз в эмбриональных клетках позвоночных. Результаты опубликованы в Nature Communications.
Проблема и подход
Митоз в первых клетках организма, эмбриональных, трудно изучать у позвоночных из-за технических ограничений. Для решения этой проблемы ученые объединили:
Новые методы визуализации
Технологию редактирования генома CRISPR/Cas9
Современную систему нокдауна белков
Модельный организм — японскую рыбку медаку (Oryzias latipes)
Медака идеально подошла для исследования, так как:
- Её эмбриональные клетки прозрачны.
- Эмбрионы развиваются синхронно в однослойном пласте.
- Рыбки терпимы к широкому диапазону температур, что позволяет длительную живую съемку.
- Часто производят икру и имеют относительно небольшой геном, что удобно для CRISPR/Cas9.
Ключевые открытия
С помощью покадровой съемки трансгенных эмбрионов медаки ученые обнаружили:
- Уникальные веретена деления: Крупные ранние эмбрионы формируют веретена, отличные от таковых в соматических клетках.
- Решающая роль Ran-GTP: Белок Ran-GTP, играющий ключевую роль в делении женских половых клеток (без центросом), оказался критически важен для сборки веретена и в ранних эмбриональных делениях позвоночных (которые имеют центросомы). Однако его важность снижается на более поздних стадиях эмбриогенеза.
- Отсутствие контрольной точки: Ранние эмбриональные клетки не имеют активной контрольной точки сборки веретена (spindle assembly checkpoint), которая в соматических клетках обеспечивает правильное выравнивание хромосом перед их расхождением. При этом сегрегация хромосом остается очень точной.
Будущие направления
Исследование заложило новый фундамент, но открыло и новые вопросы:
- Почему роль Ran-GTP снижается на поздних стадиях?
- Как обеспечивается точность деления без активной контрольной точки?
- Как веретено деления с такой регулярностью ориентируется и находит центр клетки?
- Планируется создание новых генетических линий медаки, изучение эмбрионального митоза у других организмов и исследование эволюции сборки веретена.
Как отмечает профессор Томоми Киёмицу, старший автор работы: «С этой статьей мы создали прочный фундамент, но мы также открыли новый фронт. Эмбриональный митоз красив, загадочен и сложен для изучения, и мы надеемся, что наша работа в конечном итоге позволит нам немного приблизиться к пониманию сложных процессов в начале жизни».