Ученые из Института молекулярной биотехнологии (IMBA) в Вене, Австрия, обнаружили, как целостность генома эмбриона сохраняется в течение первых 24 часов после оплодотворения. Понимание этого механизма имеет значение для улучшения экстракорпорального оплодотворения.

События, происходящие при встрече сперматозоида с яйцеклеткой, не только меняют жизнь родителей, но и глубоко интересны с научной точки зрения.

Мать всех клеток

После оплодотворения ДНК яйцеклетки матери и сперматозоида отца составляют генетический план одноклеточного эмбриона или зиготы. Входящая отцовская ДНК содержит модификации, которые облегчают «эпигенетическую память» о состоянии ее сперматозоидов. Белки, обеспечиваемые оплодотворенной яйцеклеткой, в значительной степени стирают эту память, чтобы создать тотипотентный эмбрион, который может дать начало совершенно новой особи. Механизмы, лежащие в основе естественного перепрограммирования тотипотентности, удивительно эффективны, но остаются плохо изученными. «Чтобы представить это в перспективе, перепрограммирование на индуцированную плюрипотентность в клеточной культуре занимает от нескольких дней до недель, тогда как перепрограммирование на тотипотентность в зиготах происходит менее чем за 24 часа», — говорит Кикуэ Татибана-Конвальски, которая посвящает исследования своей лаборатории пониманию молекулярных секретов яйцеклетки и зиготы.

Новая жизнь, новая эпигенетика

Опубликовав исследование в научном журнале Cell, венские ученые из Института молекулярной биотехнологии (IMBA) обнаружили, что оплодотворенные яйцеклетки не только запускают эпигенетическое перепрограммирование ДНК сперматозоидов, но и этот процесс тщательно контролируется для защиты целостности генома.

«Когда сперматозоид попадает в яйцеклетку, плотно сжатый мужской хроматин должен быть полностью «распакован» и реструктурирован вокруг белковых каркасов, называемых гистонами», — объяснила Сабрина Ладштеттер, первый автор исследования. «Используя оплодотворенные яйцеклетки мыши, мы показали, что яйцеклетка активно запускает деметилирование отцовской ДНК — другими словами, она инициирует эпигенетическое перепрограммирование, удаляя любую предыдущую эпигенетическую память, переданную от отца. Это позволяет зиготе начать все заново и создать свою собственную эпигенетическую память и историю жизни. Этот процесс сопряжен с риском: деметилирование может вызвать повреждения ДНК, которые могут быть фатальными для нового организма. Известно, что эти поражения могут привести к фрагментации хромосом, потере эмбриона или бесплодию».

Молекулярный контрольно-пропускной пункт

Исследователи определили механизм наблюдения, который не только отслеживает повреждения ДНК, вызванные эпигенетическим перепрограммированием, но и устраняет повреждения. Они показали, что повреждения отцовской ДНК, вызванные деметилированием, активируют зиготическую «контрольную точку», которая предотвращает деление клеток до тех пор, пока эти повреждения не будут восстановлены. Таким образом, этот механизм гарантирует, что перепрограммирование завершается в пределах одного клеточного цикла и защищает целостность генома на стадии изменчивого одноклеточного эмбриона. Интересно, что они также обнаружили, что условия, в которых культивируются эмбрионы, влияют на строгость реакции контрольной точки.

Надеетесь на лучшее лечение ЭКО?

«Наши результаты имеют потенциальное значение для улучшения методов экстракорпорального оплодотворения», — сказал Кикуэ Татибана-Конвальски, старший автор исследования и руководитель группы в IMBA. «Будет интересно исследовать, как условия культивирования клеток улучшают внутренние механизмы наблюдения и восстановления зиготы, что приводит к получению эмбрионов лучшего качества и потенциально более успешным беременностям».

Source: Science Daily