20 мая 2013

Отцовский геном в большей степени готов к оплодотворению, чем материнский

Отцовский геном в большей степени готов к оплодотворению, чем материнский

Исследователи из Онкологического центра Хантсмана (HCI) при Университете штата Юта обнаружили, что в то время как гены, предоставляемые отцом, к моменту оплодотворения предварительно уже запрограммированы и находятся в состоянии нужном эмбриону, гены, предоставляемые матерью, находятся в другом состоянии, и требуют перепрограммирования, чтобы соответствовать состоянию генов отца. Полученные данные имеют большое значение как для биологии развития, так и для биологии рака.

На самых ранних стадиях развития клетки эмбриона обладают возможностью развиться в любой тип клеток. Это состояние называется тотипотентностью. На более поздних стадиях развития эта возможность принимает ограниченный характер, что связано с процессом называемым дифференциацией. Поэтому в результате, по мере того, как клетки продолжают дифференцироваться, они дают начало только определенной подгруппе возможных типов клеток.

«При раке нормальный процесс клеточной дифференциации и роста идет неправильно, и клетки либо застревают на раннем этапе дифференциации, либо их развитие идет в обратном направлении и они оказываются перепрограммированными на возвращение к состоянию ранних эмбриональных клеток», — говорит Брэдли Р. Кэрнс, соавтор статьи и старший директор по фундаментальным наукам в HCI. «Посредством понимания того, как в норме клетки программируются на состояние тотипотентности, и как они развиваются из этого состояния в клетки определенных типов, мы надеемся лучше понять, как раковые клетки дисрегулируют этот процесс, и использовать это знание для разработки стратегий, направленных на обращение вспять процесса дирегуляции». Результаты исследования опубликованы 9 мая в онлайн версии журнала Cell в качестве главной статьи.

Ранние работы, выполненные в лаборатории Клэрнса, показали, что большинство генов, важных для руководства ранним развитием эмбриона присутствуют в сперматозоидах отца уже в «состоянии готовности» — они выключены, но снабжены маркерами, которые облегчают активацию генов. «Логика в том, что все гены, принимающие важные решения на ранней стадии развития, готовы к действиям», — говорит Кэрнс. «Это состояние готовности никогда не наблюдается в полностью дифференцированных клетках, таких как клетки кожи».

В настоящем исследовании ученые из лаборатории Кэрнса использовали метод секвенирования с высокой пропускной способностью и всесторонне и точно проанализировали схемы метилирования ДНК в геномах рыбок данио, которые являются распространенной моделью, используемой в ходе исследований как в области биологии развития, так и в области биологии рака. Они изучили яйцеклетки, сперматозоиды, и четыре стадии развития эмбриона: три стадии между оплодотворением и моментом, когда геном эмбриона становится активным, и одну стадию, следующую за этим моментом. Метилирование – в процессе которого молекулы называемые метил группами избирательно прикрепляются к определенным областям ДНК и выключают активность генов в этих областях – является одним из основных маркеров перехода генов в состоянии готовности; в генах в состоянии готовности ДНК метилирование отсутствует, делая возможной их активность позднее, в ходе развития эмбриона.

Исследовательская группа Кэрна выяснила, что схема метилирования эмбриона, клетки которого почти готовы к дифференциации, идентична той, что наблюдается в сперматозоиде. В отличие от этого, схема яйцеклетки изначально сильно отличается, однако претерпевает ряд разительных изменений, чтобы в точности соответствовать схеме в ДНК сперматозоида. Работа Кэрна позволяет предположить, что ДНК яйцеклетки подвергается этому масштабному перепрограммированию, чтобы подготовиться к процессу дифференциации. «Материнские гены, которые подвергаются перепрограммированию метилированием ДНК, являются одними из наиболее важных локусов, определяющих развитие эмбриона», — говорит Кэрнс. «К примеру, многие hox-гены, которые определяют план строения тела, а также дифференциацию во время гемопоэза (формирования клеток крови), метилированы в материнском генетическом вкладе и деметилированы в отцовском, а, следовательно, и в эмбрионе».

По словам Кэрнса, эта работа связана с еще одним интересным открытием. «Мы обнаружили, что материнский геном заботится о своей реконструкции самостоятельно, не используя в качестве образца отцовский геном». Эксперименты Кэрнса показали, что если отцовский генетический вклад удалить, материнский геном по-прежнему реконструируется до нужного состояния.

«В сущности, мы пытаемся понять, как отдельная клетка может принимать решение быть клеткой какого-либо типа», — говорит Кэрнс. «Это интереснейший фундаментальный вопрос биологии, который имеет значение для всех аспектов развития и многих аспектов таких заболеваний как рак».


Источник:
sciencedaily.com



Что такое дискинезия желчного пузыря?

Дискинезия желчного пузыря Дискинезия желчного пузыря – это заболевание, при котором происходит неполное опустошение желчного пузыря. В норме вещество, называемое желчью, выходит из желчного пузыря через трубку, известную как желчный проток, однако при дискинезии желчный пузырь перестает нормально сокращаться и высвобождать желчь. Симптомы этого заболевания схожи с симптомами желчнокаменной болезни, при которой происходит блокировка желчного…

Какие побочные эффекты вызывает цетиризин?

Цетиризин – это лекарственный препарат, который обычно рекомендуется для временного облегчения симптомов аллергии на цветение трав и других разновидностей аллергических реакций. В число распространенных симптомов, поддающихся воздействию этого препарата, входят зуд в носу, горле и глазах, а также чихание, насморк, крапивница и другие высыпания на коже. Цетиризин является антигистамином, который ослабляет подобные симптомы, препятствуя высвобождению…

Какие факторы определяют достаточную дозу метотрексата?

Достаточная доза метотрексата зависит от многих факторов, таких как конкретное заболевание, для лечения которого используется данный препарат, возраст пациента и размер тела пациента. Например, взрослому человеку, принимающему данный препарат для лечения ревматоидного артрита, требуется 7,5 миллиграммов в неделю. Ребенку, получающему препарат для лечения того же заболевания, следует давать от 5 до 15 мг на один…

Каковы симптомы шистосомоза?

Заражение червями, известное как шистосомоз, может затрагивать различные части тела. В связи с этим симптомы шистосомоза включают такие варианты, как проблемы с желудочно-кишечным трактом, мочевыделительной системой и легкими, и жар. Многие симптомы бывают вызваны скорее собственной иммунной реакцией организма на червей, а не непосредственным воздействием последних на организм. Выделяют две основные группы симптомов шистосомоза, которые…

Что такое вестибулярная мигрень?

Вестибулярная мигрень – это головная боль, которая сопровождается головокружением, проблемами с равновесием и тошнотой. Люди любого возраста могут страдать от вестибулярной мигрени, хотя чаще всего она наблюдается у взрослых женщин, у которых в анамнезе присутствуют эпизоды вертиго. В большинстве случаев чувство вертиго появляется примерно за 30-60 минут до наступления головной боли и может сохраняться в…