Передача генетического контроля от матери эмбриону
Новое исследование Принстонского университета раскрывает механизм передачи генетического контроля от матери потомству на ранних стадиях развития. Понимание этого процесса поможет ответить на более общие вопросы о том, как эмбрионы регулируют деление клеток и их дифференцировку.
Исследование, опубликованное 12 марта в журнале Cell, проливает свет на механизм этой передачи, которая происходит в течение нескольких часов после оплодотворения, когда новая клетка называется зиготой.
Суть перехода
В начале развития всё необходимое эмбриону поставляется матерью, но эти ресурсы заканчиваются, и эмбриону нужно запускать производство собственных белков и клеточных механизмов. У большинства животных оплодотворённая яйцеклетка сначала быстро делится, используя материнские генетические продукты. Затем это быстрое деление приостанавливается, а при возобновлении контроль берёт ДНК эмбриона, деление замедляется, и клетки начинают дифференцироваться в новые типы. Этот процесс называется переходом от материнского к зиготическому контролю или переходом средней бластулы (midblastula transition, MBT).
Используя плодовую мушку Drosophila melanogaster в качестве модели, исследователи выяснили, что замедление деления клеток — это следствие увеличения количества ошибок в ДНК после того, как гены эмбриона берут контроль. Деление замедляется, потому что механизм копирования ДНК вынужден останавливаться и ждать, пока повреждения будут устранены.
Причина ошибок
Оказалось, что причиной высокого уровня ошибок является не общий объём эмбриональной ДНК, а молекулы (транскрипционные факторы), которые связываются с ДНК, чтобы активировать считывание (транскрипцию) генов. Эти молекулы связываются с нитями ДНК в тысячах мест и мешают правильной работе механизма копирования ДНК.
Подтверждение гипотезы
С помощью генетических методов были созданы эмбрионы дрозофилы, неспособные репарировать повреждения ДНК и обычно погибающие вскоре после начала использования собственных генов. Когда у этих эмбрионов заблокировали молекулы, инициирующие транскрипцию зиготических генов, они выжили. Это подтвердило, что именно транскрипционные факторы вызывают повреждение ДНК. Также было обнаружено, что белок Replication Protein A (RPA), участвующий в ответе на повреждение ДНК, появляется вблизи мест инициации транскрипции. Это стало доказательством, что процесс «пробуждения» генома эмбриона вреден для репликации ДНК.
Значение открытия
Исследование впервые демонстрирует механизм, с помощью которого развивающийся эмбрион обеспечивает скорость деления клеток, достаточно медленную для репарации повреждений ДНК во время переключения с материнской на зиготическую экспрессию генов. Это даёт учёным основу для изучения более общих вопросов регуляции репликации и транскрипции ДНК у эмбрионов, в частности, роли хроматиновой архитектуры, которая в раннем эмбриогенезе может отсутствовать, что и позволяет initially быстро копировать ДНК.