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



Как лечить Синдром Заки у детей

На изображениях изображены эффекты синдрома Заки и лечения препаратом CHIR99021. Слева обычный скелет мыши с ногами и хвостом. В центре — мышь, несущая мутацию гена с отсутствующим хвостом. Справа мышь с мутацией, обработанная лекарством, демонстрирует отросший хвост. Предоставлено: Джозеф Глисон, Калифорнийский университет в Сан-Диего. Полученные данные указывают на возможность лечения и профилактики врожденных дефектов еще…

Зачем носить маски на улице защищаясь от коронавируса

Ветер, дующий в том же направлении, что и кашель, может усилить передачу вируса. Поскольку высокоинфекционный дельта-вариант коронавируса продолжает распространяться по Соединенным Штатам, руководящие принципы Центров по контролю и профилактике заболеваний рекомендуют даже вакцинированные маски для ношения в помещении, чтобы предотвратить заражение и передачу. Что люди должны делать на улице? В книге «Физика жидкостей», опубликованной AIP…

Какие гены отвечают за ожирение

Концепция потери веса ожирения Результаты bccktljdfybz могут отделить переедание от вредного воздействия на здоровье. Обнадеживающие новости в усилиях по разработке лекарств для лечения ожирения: ученые Университета Вирджинии определили 14 генов, которые могут вызывать и три, которые могут предотвратить увеличение веса. Полученные данные открывают путь для лечения проблем со здоровьем, от которых страдают более 40% взрослых…

Что надежнее для иммунитета — вакцина от Covid или сама инфекция

Растет количество доказательств того, что заражение коронавирусом, как правило, так же эффективно, как вакцинация, для стимуляции иммунной системы для предотвращения Covid-19. Доктор Аарон Хериати, профессор психиатрии Калифорнийского университета в Ирвине, считает, что ему не нужно делать прививку от Covid-19, потому что он заболел этой болезнью в июле 2020 года. Так, в августе он подал в…

Риск возникновения деменции при гипертонии в 35–44 лет

Новое исследование рассматривает связь между возрастом диагноза гипертонии и риском деменции. Исследователи недавно изучили, как возраст постановки диагноза гипертонии влияет на объем мозга и риск деменции. Их результаты показывают, что у людей с диагнозом «высокое кровяное давление» (HBP) в возрасте от 35 до 44 лет вероятность развития деменции на 61% выше, чем у людей без…