Эпигенетика и клеточное разнообразие в эмбрионе

Исследователи из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка в Берлине изучили роль факторов в эмбриональном развитии, которые не изменяют последовательность ДНК, а лишь эпигенетически модифицируют её «упаковку». В журнале Nature они описывают, как регуляторные механизмы способствуют формированию различных тканей и органов у ранних эмбрионов мыши.

Эпигенетические регуляторы — часть молекулярного механизма, который определяет, какие гены и в каких клетках активируются. Большинство этих регуляторов необходимы для развития, и эмбрионы без них погибают на стадии формирования органов.

Детальное исследование эмбрионов

Учёные проанализировали десять ключевых эпигенетических регуляторов. С помощью системы CRISPR-Cas9 они удалили гены, кодирующие эти факторы, в оплодотворённых яйцеклетках и наблюдали за развитием эмбрионов в последующие дни (6–9 дней).

Команда обнаружила, что клеточный состав многих эмбрионов был существенно изменён: одни типы клеток производились в избытке, другие — отсутствовали.

Анализ тысяч отдельных клеток

Чтобы понять эти изменения на молекулярном уровне, исследователи секвенировали РНК почти 280 000 отдельных клеток из эмбрионов, у которых были систематически удалены отдельные эпигенетические регуляторы. Это позволило выявить гены с нарушенной регуляцией и типы клеток, которые производятся аномально.

Сложные эффекты в ходе развития

Отключение одного регулятора часто приводило к каскадным эффектам в сети взаимодействующих генов. Особенно сильное влияние оказало удаление эпигенетического регулятора Polycomb (PRC2).

«Без PRC2 эмбрион через восемь с половиной дней выглядит яйцевидным и очень маленьким, что очень необычно», — говорит Хелене Кретцмер.

Учёные обнаружили, что PRC2 ответственен за ограничение количества клеток-предшественников зародышевой линии (которые позже становятся сперматозоидами и яйцеклетками). Без PRC2 эмбрион развивает избыточное количество этих клеток, теряет форму и быстро погибает.

Точка отсчёта для дальнейших анализов

«Комбинация новых технологий позволила нам решить вопросы, которые оставались без ответа 25 лет», — говорит руководитель исследования Александр Майсснер.

Этот метод открывает путь для изучения других факторов, таких как факторы транскрипции или роста, на ранних стадиях развития с ранее недостижимой детализацией.