Репликация ДНК в ранних эмбрионах оказалась иной, чем предполагалось
Новое исследование учёных из Центра динамики биосистем RIKEN (BDR) в Японии опровергает десятилетия представлений о репликации ДНК. Эксперименты, опубликованные 28 августа в Nature, показывают, что этот процесс в ранних эмбрионах отличается от известного и включает период нестабильности, склонный к ошибкам копирования хромосом.
Поскольку неудачные беременности и нарушения развития часто связаны с хромосомными аномалиями, открытие может повлиять на репродуктивную медицину, возможно, улучшив методы экстракорпорального оплодотворения (ЭКО).
В новом исследовании команда охарактеризовала процесс репликации ДНК на ранних стадиях эмбриогенеза, используя собственную методику одноклеточной геномики scRepli-seq на развивающихся эмбрионах мыши. Учёные смогли сделать «снимки» ДНК отдельных эмбриональных клеток в разные моменты репликации.
Основные открытия:
Отсутствие доменов времени репликации. В зрелых клетках разные участки хромосомы копируются в определённой последовательности. Команда обнаружила, что эти домены времени репликации не существуют, пока эмбрион не достигнет стадии 4 клеток. Это означает, что в эмбрионах из 1 и 2 клеток ДНК реплицируется равномерно, а не последовательно.
Замедленная скорость вилки репликации. Скорость движения репликационной вилки (структуры, где ДНК расплетается для копирования) оказалась значительно ниже на стадиях 1, 2 и 4 клеток по сравнению со стадией 8 клеток. Стадия 4 клеток — переходная: репликация становится последовательной, но сохраняет медленное движение вилки.
Повышенная частота ошибок. Частота ошибок копирования хромосом временно повышена на ранних стадиях, чаще всего на стадии 4 клеток. Анализ показал, что лишь 13% клеток имели хромосомные аномалии при переходе от 4 к 8 клеткам, в то время как на других стадиях ошибок было очень мало. Дальнейшие тесты связали эти ошибки с медленно движущимися репликационными вилками.
«Наши выводы порождают много новых вопросов, — говорит руководитель исследования Итиро Хиратани. — Например, сохранились ли эти явления в ходе эволюции у других видов, включая человеческие эмбрионы?»
Это открытие может не только направить фундаментальные исследования, но и помочь клиникам ЭКО разработать лучшие стратегии для минимизации хромосомных аномалий, обычных в первые дни после оплодотворения.