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
Определение депрессии Депрессия, как правило, более распространена среди женщин по сравнению с мужчинами, причем у женщин в два раза чаще диагностируется. Недавнее гендерное исследование, проведенное Университетом Макгилла, показало, что существуют различия между мужскими и женскими генами и тем, как они связаны с депрессией. Гендерная специфика депрессии Исследование, в котором приняли участие более 270 000 участников,…
Исследователи из Университета Хельсинки продемонстрировали, что определенные штаммы бактерий Desulfovibrio в большинстве случаев являются вероятной причиной болезни Паркинсона. Скрининг носителей штаммов Desulfovibrio Исследование позволяет проводить скрининг носителей штаммов Desulfovibrio и удалять бактерии из кишечника, что также позволяет предотвратить болезнь Паркинсона. «Наши выводы имеют важное значение, поскольку причина болезни Паркинсона осталась неизвестной, несмотря на попытки определить…
Исследователи Brigham, изучающие, как и почему определенные типы клеток размножаются в кишечнике, обнаружили, что ксантин, который содержится в кофе, чае и шоколаде, может играть роль в дифференцировке Th17. Информация может помочь исследователям лучше понять здоровье кишечника и развитие таких состояний, как воспалительное заболевание кишечника. Кишечник человека населен разнообразным сообществом микробов, которые играют решающую роль как…
Связь между митохондриальным метаболитом и запуском воспалительной реакции Новаторское исследование выявило связь между митохондриальным метаболитом и запуском воспалительной реакции. Являясь важными компонентами наших клеток, митохондрии играют решающую роль в выполнении различных задач, таких как химические реакции, необходимые для функционирования клеток. Одной из этих функций является производство энергии, которая жизненно важна для роста и размножения клеток….
Новые исследования показывают, что не все детские смеси одинаково питательны. Многие детские смеси дают большие обещания. Многие бренды утверждают, что они способствуют развитию мозга, повышают иммунитет, способствуют росту и развитию детей и т. д. Недавно исследовательская группа, возглавляемая Имперским колледжем Лондона, проверила обоснованность этих утверждений. Результаты были опубликованы в BMJ. «Большинство заявлений о полезных для…
