Исследование сумчатых раскрывает, как формируются эмбрионы млекопитающих

Исследователи из Института Фрэнсиса Крика выяснили, почему эмбрионы стирают ключевую эпигенетическую метку на ранних стадиях развития. Результаты предполагают, что этот процесс мог эволюционировать для помощи в формировании плаценты.

Эпигенетические изменения — это модификации ДНК, не меняющие её последовательность. Они контролируют экспрессию генов, влияя на то, какие гены включены или выключены.

Универсально наследуемая эпигенетическая метка у млекопитающих — метилирование ДНК — стирается с эмбриона до его имплантации. Это одно из самых ранних событий в развитии млекопитающих, но причина этого радикального стирания оставалась загадкой.

Учёные предполагали, что это стирание (деметилирование ДНК) необходимо для конкретного этапа развития, например, активации собственной ДНК эмбриона или для дифференцировки клеток. У плацентарных млекопитающих (эутерий), таких как мыши и люди, эти процессы происходят одновременно, поэтому до сих пор было невозможно выяснить точную роль эпигенетического стирания.

В исследовании, опубликованном в Nature, команда впервые изучила эпигенетические изменения в эмбрионах сумчатых, которые отделились от эутерий 160 миллионов лет назад. Они сфокусировались на опоссуме, чьё развитие происходит медленнее и более дискретными стадиями, чтобы определить, для какого именно процесса нужно деметилирование ДНК.

Исследователи создали карту метилирования ДНК в яйцеклетках, сперматозоидах и эмбрионах опоссума. Они обнаружили, что уровень метилирования в яйцеклетках и сперматозоидах был более сходным, чем у эутерий.

Однако, в отличие от эутерий, эмбрионы опоссума не подвергались полному стиранию метилирования. Вместо этого метилирование ДНК сохранялось в раннем эмбрионе, а его потеря происходила гораздо позже. Деметилирование было в основном ограничено специфической поддерживающей тканью — трофэктодермой, которая становится плацентой сумчатых.

Эти результаты показывают, что деметилирование не является универсально необходимым для формирования раннего эмбриона млекопитающих, поскольку эмбрион опоссума развивается без полного стирания этой эпигенетической метки. Основываясь на своих выводах, команда полагает, что стирание могло эволюционировать специально для развития плаценты.

«Удаление метилирования именно в плаценте позволяет экспрессироваться транспозонам, так называемым "прыгающим генам", которые помогают модифицировать, когда и где экспрессируются гены хозяина. Эти модификации могут способствовать тому, что плацента является одним из самых быстро эволюционирующих органов у млекопитающих», — отметила Брайони Лик, соавтор исследования.

«Большим сюрпризом стало то, что универсальное стирание, наблюдаемое у эутерий, не произошло у опоссума. У эутерий трофэктодерма формируется очень рано, поэтому стирание во всей эмбриональной структуре может быть полезным, чтобы позволить любой из этих клеток стать частью этой поддерживающей ткани», — сказал Джеймс Тёрнер, старший автор работы.