Выявлена новая роль важного фактора в раннем эмбриональном развитии

Исследовательская группа из отделения клеточной и биологии развития Медицинского университета Вены под руководством Марка Воссидло в сотрудничестве со Стэнфордским университетом определила роль белка Zscan4 в раннем эмбриональном развитии. Белок защищает ранний эмбрион от повреждений ДНК и разрывов её цепей во время активации первых собственных генов эмбриона. Ранее не было известно, почему наблюдается такая высокая экспрессия Zscan4 во время так называемой активации эмбрионального генома и какую роль он играет.

«Мы смогли выявить механизм, созданный эволюцией для защиты раннего эмбриона от летальных повреждений ДНК в периоды высокого геномного стресса», — объясняет эпигенетик и эмбриолог Марк Воссидло. Работа начата на животной модели, когда он был постдоком в Стэнфордском университете, и завершена в сотрудничестве с группой Джоанны Высоцкой в Медицинском университете Вены.

Важная защита в стрессовой фазе развития

Оплодотворённая яйцеклетка (зигота) обладает тотипотентностью — способностью давать начало всем типам клеток нового организма. Эта способность сохраняется и после первого деления на стадии двух клеток (в модели мыши). Клетки более позднего эмбриона (бластоцисты) являются лишь плюрипотентными.

Активация эмбрионального генома происходит на тотипотентной стадии двух клеток. «Сразу после оплодотворения одновременно активируются впервые тысячи эмбриональных генов. В этом процессе ДНК в клетках испытывает огромный стресс, что может привести к нестабильности укладки ДНК и даже к летальным повреждениям», — говорит Воссидло.

Белок Zscan4 предотвращает это, связываясь с микросателлитами (повторами коротких некодирующих последовательностей ДНК). Он обеспечивает защиту генома и его долгосрочную стабильность, предотвращая образование Z-ДНК (зигзагообразной формы), которая очень склонна к разрывам цепей и может привести к генетической нестабильности.

В лаборатории учёные показали, что белок Zscan4 специфически связывается с этими микросателлитами, защищая их от образования Z-ДНК. Также было продемонстрировано, что удаление Zscan4 во время активации эмбрионального генома приводит к такому типу летального генетического повреждения в двухклеточном эмбрионе.

«Таким образом, мы определили ещё один важный механизм, который углубляет наше понимание процессов, обеспечивающих успешное развитие нового живого существа на самой ранней стадии жизни», — резюмирует Воссидло.

Основная цель этой группы фундаментальных исследований — выяснить, какие процессы участвуют в перепрограммировании зародышевых клеток после оплодотворения в «универсальные» тотипотентные клетки, и каковы последствия ошибочного перепрограммирования для будущих поколений. Группа в основном сосредоточена на роли эпигенетики — наследуемых модификаций ДНК, которые могут влиять на активность генов, не меняя её последовательность.