Родительские хромосомы остаются разделёнными во время первого деления эмбриона
Ранее считалось, что во время первого клеточного деления эмбриона один веретено деления отвечает за разделение хромосом эмбриона на две клетки. Учёные из EMBL показали, что на самом деле существует два веретена — по одному для каждого набора родительских хромосом. Это означает, что генетическая информация от каждого родителя остаётся разделённой на протяжении всего первого деления. Science опубликовал эти результаты, которые изменят учебники по биологии, 12 июля 2018 года.
Формирование двойного веретена может объяснить высокую частоту ошибок на ранних стадиях развития млекопитающих, охватывающих первые несколько клеточных делений. «Целью этого проекта было выяснить, почему в этих первых делениях происходит так много ошибок», — говорит Ян Элленберг, руководитель группы в EMBL. «Мы уже знали о формировании двойного веретена у более простых организмов, например, насекомых, но никогда не думали, что это может быть так у млекопитающих, таких как мыши. Это открытие стало большим сюрпризом».
Решение 20-летней загадки
Учёные всегда наблюдали, что родительские хромосомы занимают две полулунные части в ядре двухклеточных эмбрионов, но объяснить это не могли. «Только когда мы сосредоточились на микротрубочках — динамических структурах, из которых состоит веретено, — мы смогли впервые увидеть двойные веретена», — говорит Джудит Райхманн, первый автор статьи.
Что такое митоз?
Митоз — это процесс клеточного деления, когда одна клетка делится на две дочерние. Ключевой этап митоза — передача идентичной копии генома следующему клеточному поколению. Для этого ДНК дублируется и организуется в плотные нитевидные структуры, известные как хромосомы. Затем хромосомы прикрепляются к длинным белковым волокнам, организованным в веретено, которое растаскивает хромосомы и запускает образование двух новых клеток.
Что такое веретено?
Веретено состоит из тонких трубчатых белковых сборок, известных как микротрубочки. Во время митоза клеток животных группы таких трубок растут динамично и самоорганизуются в биполярное веретено, которое окружает хромосомы. В норме на клетку приходится только одно биполярное веретено, однако это исследование показывает, что во время первого клеточного деления их два: по одному для материнских и отцовских хромосом.
Новые молекулярные мишени
«Двойные веретена предоставляют ранее неизвестный механизм — и, следовательно, возможное объяснение — для распространённых ошибок, которые мы видим в первых делениях эмбрионов млекопитающих», — объясняет Элленберг. Такие ошибки могут привести к образованию клеток с несколькими ядрами и прекращению развития. «Теперь у нас есть новый механизм для изучения и определения новых молекулярных мишеней».
Начало жизни
Кроме того, знание из этой статьи может повлиять на законодательство. В некоторых странах закон гласит, что человеческая жизнь начинается — и, следовательно, защищается — когда материнское и отцовское ядра сливаются после оплодотворения. Если окажется, что процесс с двойным веретеном работает так же у людей, это определение не совсем точно, поскольку объединение в одном ядре происходит немного позже, после первого клеточного деления.
Невозможно ранее
Это открытие было бы невозможно без технологии светлопольной микроскопии, разработанной в группах Элленберга и Ларса Хуфнагеля в EMBL. Она позволяет проводить наблюдение в реальном времени и в 3D на ранних стадиях развития, когда эмбрионы очень чувствительны к свету и были бы повреждены обычными методами световой микроскопии. Высокая скорость и пространственная точность светлопольной микроскопии резко сокращают количество света, которому подвергается эмбрион, делая возможным детальный анализ этих ранее скрытых процессов.