Включение и выключение X-хромосомы критически важно для развития ооцитов
Исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне определили потенциальный новый диагностический маркер, который предсказывает успешное и эффективное развитие яйцеклеток млекопитающих. Результаты могут открыть путь к созданию искусственных ооцитов в лаборатории, что поможет изучать причины и методы лечения нарушений фертильности, а также тестировать влияние лекарств и химических веществ на репродукцию женщин. Исследование опубликовано в The EMBO Journal.
У человека 23 пары хромосом. У мужчин и женщин 22 пары общие, а 23я пара — половые хромосомы. У мужчин обычно одна X и одна Y хромосома, а у женщин — две X. Это создаёт потенциальную проблему для клеточного аппарата женщин, так как две активные X-хромосомы приводят к передозировке генной продукции, что смертельно для развивающихся эмбрионов или ведёт к раку во взрослой жизни. Чтобы избежать этого, женские клетки инактивируют одну X-хромосому, выключая её гены и уплотняя её.
Мало известно о том, как инактивация X-хромосомы влияет на развитие половых клеток. У млекопитающих ооциты развиваются из зародышевых клеток — клеток-предшественников, которые мигрируют из ранней эмбриональной ткани в развивающиеся гонады. Затем зародышевые клетки проходят мейоз — важный процесс хромосомной перестройки, ответственный за генетическую уникальность каждой отдельной половой клетки. Зародышевые клетки созревают и в конечном итоге превращаются в функциональные сперматозоиды или ооциты.
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из CRG создали репортёрную систему для X-хромосомы (XRep) — инструмент, позволивший им изучить, как хромосома меняет форму с течением времени во время развития зародышевых клеток in vitro.
Используя клетки самок мышей, метод выявил тщательно организованный акт «йо-йо» X-хромосомы. Если одна X-хромосома кратковременно инактивировалась, а затем реактивировалась, это приводило к тому, что зародышевые клетки становились в четыре раза более эффективными для вступления в мейоз и превращения в яйцеклетки по сравнению с клетками, которые никогда не выключали и не включали свою X-хромосому снова. Для сравнения, зародышевые клетки, которые изначально не смогли инактивировать X-хромосому или реактивировали её слишком быстро, демонстрировали аномальные паттерны экспрессии генов и клеточной дифференцировки.
Исследование также показало, что клетки с двумя активными X-хромосомами делились быстрее и легко возвращались в состояние плюрипотентности. По мнению авторов, эти характеристики схожи с опухолями зародышевых клеток человека, которые происходят из клеток, потерявшихся во время миграции в гонады или не сумевших правильно дифференцироваться внутри яичек и яичников. Исследователи сделали вывод, что правильная последовательность инактивации и реактивации X-хромосомы является индикатором нормальной дифференцировки зародышевых клеток. Команда отмечает, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить, является ли аномальное состояние X-хромосомы диагностическим показателем или же оно может быть причинным фактором, ответственным за аномалию клеток.
«Наши выводы имеют важное значение для репродуктивных исследований, потому что XRep позволяет нам оценивать состояние X-хромосомы клетки в реальном времени, помогая идентифицировать и изолировать зародышевые клетки с высокой вероятностью успешного превращения в ооциты», — говорит доктор Бернхард Паер, руководитель группы в CRG и старший автор исследования.
«Человеческие ооциты никогда не были полностью получены in vitro. Мониторинг состояния X-хромосомы во время дифференцировки зародышевых клеток in vitro может, следовательно, быть способом оптимизировать протокол для получения высококачественных человеческих яйцеклеток в лаборатории. Человеческие яйцеклетки для исследований дефицитны и труднодоступны, поскольку в настоящее время их можно получить только от доноров яйцеклеток, и они в основном используются для репродуктивных целей. Следовательно, ооциты, полученные in vitro, могут предоставить неограниченный ресурс для изучения причин и методов лечения нарушений фертильности, а также для тестирования безопасности лекарств и химических веществ для репродукции женщин», — заключает доктор Паер.
Доктор Мориц Бауэр, соавтор исследования, добавляет, что их «результаты также подчёркивают, как нам нужны специальные инструменты для изучения женских клеток. Подавляющее большинство исследований проводится с использованием мужских клеток, что приводит к гендерному разрыву в научных знаниях. Поэтому нам нужно перестать смотреть на женское развитие через призму мужских клеток, что внесёт вклад в наше понимание специфичных для пола прогрессий заболеваний».