Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιοτεχνολογίας (IMBA) στη Βιέννη της Αυστρίας, ανακάλυψαν πώς προστατεύεται η γονιδιωματική ακεραιότητα ενός εμβρύου κατά τις πρώτες 24 ώρες μετά τη γονιμοποίηση. Οι γνώσεις σχετικά με αυτόν τον μηχανισμό έχουν επιπτώσεις στη βελτίωση της εξωσωματικής γονιμοποίησης.

Τα γεγονότα που προκαλούνται όταν το σπέρμα συναντά ένα ωάριο δεν αλλάζουν μόνο τη ζωή για τους γονείς, αλλά και βαθιά συναρπαστικά από επιστημονική άποψη.

Η μητέρα όλων των κυττάρων

Μετά τη γονιμοποίηση, το DNA από το ωάριο της μητέρας και το σπερματοζωάριο του πατέρα αποτελούν το γενετικό σχέδιο του μονοκύτταρου εμβρύου ή του ζυγώτη. Το εισερχόμενο πατρικό DNA περιέχει τροποποιήσεις που διευκολύνουν μια «επιγενετική μνήμη» της κατάστασης του σπέρματός του. Οι πρωτεΐνες που παρέχονται από το γονιμοποιημένο ωάριο διαγράφουν σε μεγάλο βαθμό αυτή τη μνήμη προκειμένου να δημιουργήσουν ένα πανίσχυρο έμβρυο που μπορεί να δημιουργήσει ένα εντελώς νέο άτομο. Οι μηχανισμοί που διέπουν τον φυσικό επαναπρογραμματισμό στην ολοκληρωτική ικανότητα είναι αξιοσημείωτα αποτελεσματικοί, αλλά παραμένουν ελάχιστα κατανοητοί. «Για να το θέσουμε σε προοπτική, ο επαναπρογραμματισμός στην επαγόμενη πολυδυναμία στην κυτταροκαλλιέργεια διαρκεί αρκετές ημέρες έως εβδομάδες, ενώ ο επαναπρογραμματισμός στην ολοκληρωτική ικανότητα στους ζυγώτες γίνεται σε λιγότερο από 24 ώρες», λέει η Kikuë Tachibana-Konwalski, η οποία αφιερώνει την έρευνα του εργαστηρίου της στην κατανόηση των μοριακών μυστικών του ωαρίων και ζυγωτών.

Νέα ζωή, νέα επιγενετική

Αναφέροντας έρευνα στο επιστημονικό περιοδικό Cell, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιοτεχνολογίας (IMBA) με έδρα τη Βιέννη ανακάλυψαν ότι όχι μόνο τα γονιμοποιημένα κύτταρα ωαρίων ενεργοποιούν τον επιγενετικό επαναπρογραμματισμό του DNA του σπέρματος, αλλά αυτή η διαδικασία παρακολουθείται στενά για τη διαφύλαξη της γονιδιωματικής ακεραιότητας.

«Όταν το σπέρμα εισέρχεται στο ωάριο, η πυκνά συμπιεσμένη αρσενική χρωματίνη πρέπει να «αποσυσκευαστεί» και να αναδομηθεί γύρω από πρωτεϊνικά ικριώματα που ονομάζονται ιστόνες», εξήγησε η Sabrina Ladstätter, η πρώτη συγγραφέας της μελέτης. «Χρησιμοποιώντας γονιμοποιημένα ωάρια ποντικιού, δείξαμε ότι το ωάριο ενεργοποιεί ενεργά την απομεθυλίωση του πατρικού DNA – με άλλα λόγια, ξεκινά τον επιγενετικό επαναπρογραμματισμό αφαιρώντας κάθε προηγούμενη επιγενετική μνήμη που μεταδόθηκε από τον πατέρα. Αυτό επιτρέπει στον ζυγώτη να ξεκινήσει εκ νέου και να δημιουργήσει τη δική του επιγενετική μνήμη και ιστορία ζωής. Αυτή η διαδικασία δεν είναι χωρίς κινδύνους: η απομεθυλίωση μπορεί να προκαλέσει βλάβες στο DNA που μπορεί να είναι θανατηφόρες για τον νέο οργανισμό. Είναι γνωστό ότι αυτές οι βλάβες μπορεί να οδηγήσουν σε κατακερματισμό των χρωμοσωμάτων, απώλεια εμβρύου ή στειρότητα».

A molecular checkpoint

The researchers identified a surveillance mechanism that not only monitors DNA lesions caused by epigenetic reprogramming but also fixes the damage. They revealed that lesions in the paternal DNA caused by demethylation activate a zygotic “checkpoint” that prevents cell division until these lesions are repaired. This mechanism therefore ensures that reprogramming is completed within one cell cycle and protects genomic integrity at the volatile single-cell embryo stage. Interestingly, they also found that the conditions under which embryos are cultured affect the stringency of the checkpoint response.

Ελπίδα για καλύτερες θεραπείες εξωσωματικής γονιμοποίησης;

«Τα ευρήματά μας έχουν πιθανές συνέπειες για τη βελτίωση των τεχνικών εξωσωματικής γονιμοποίησης», δήλωσε ο Kikuë Tachibana-Konwalski, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης και επικεφαλής της ομάδας στο IMBA. «Θα είναι συναρπαστικό να διερευνήσουμε πώς οι συνθήκες κυτταροκαλλιέργειας ενισχύουν τους εγγενείς μηχανισμούς επιτήρησης και επιδιόρθωσης του ζυγώτη, οδηγώντας έτσι σε έμβρυα καλύτερης ποιότητας και δυνητικά πιο επιτυχημένες εγκυμοσύνες».

Source: Science Daily