Более половины нашего генома состоит из тысяч остатков древней вирусной ДНК, известных как транспозируемые элементы, которые широко распространены по всему древу жизни. Когда-то их считали «темной стороной» генома, но теперь исследователи из Мюнхенского университета имени Гельмгольца и Университета Людвига-Максимилиана (LMU) раскрыли их важнейшую роль в раннем развитии эмбриона. Работа опубликована в журнале Cell.
Транспозируемые элементы, остатки древней вирусной ДНК, активизируются в первые часы и дни после оплодотворения. В этот динамичный период раннего развития эмбриональные клетки проявляют удивительную пластичность. Исследования на таких моделях, как мыши, показывают, что транспозируемые элементы играют решающую роль в клеточной пластичности, однако до сих пор неясно, является ли это универсальной чертой для всех видов млекопитающих. Различное эволюционное происхождение вирусных остатков ставит дополнительные вопросы об их сохранении в геномах млекопитающих. Понимание регуляторных механизмов, управляющих активацией транспозируемых элементов, необходимо для развития репродуктивной медицины и раскрытия фундаментальных принципов регуляции генома.
Группа исследователей под руководством профессора Марии-Элены Торрес-Падилья из Мюнхенского университета имени Гельмгольца и LMU решила изучить древние последовательности ДНК, разработав новый метод анализа их транскрипции. Ученые создали атлас одного из эмбрионов, сравнив зародыши нескольких видов млекопитающих, включая мышь, корову, свинью, кролика и нечеловеческого примата, макаку-резуса. Выводы оказались удивительными: исследователи обнаружили, что очень старые вирусные элементы, которые ранее считались вымершими, вновь экспрессируются в эмбрионах млекопитающих. Кроме того, каждый из изученных видов выражал разные типы этих элементов.
Исследования показывают, что активация транспозируемых элементов сохраняется у разных видов, а выявление конкретных элементов открывает захватывающие возможности для одновременного манипулирования тысячами генов в клетках. «Этот подход предлагает новый способ влиять на судьбу клеток, например, направлять дифференцировку стволовых клеток, что обычно требует одновременного манипулирования сотнями генов», — говорит соавтор работы доктор Марлис Оомен. «Наша работа подчеркивает важность понимания принципов регуляции, лежащих в основе транспозируемых элементов».
Профессор Торрес-Падилья поясняет: «Наше исследование показало, что активация транспозируемых элементов является отличительной особенностью ранних эмбрионов у нескольких видов млекопитающих. Этот вывод очень важен, поскольку эти клетки на ранних стадиях развития могут дифференцироваться во все типы клеток организма. Понимая, как эти клетки регулируют древние вирусные элементы, мы получаем важнейшее представление о механизмах клеточной пластичности. Эта работа закладывает основу для будущих исследований специфических регуляторных элементов, имеющих широкие последствия для здоровья, болезней и того, как манипуляции с этими элементами могут повлиять на клеточные процессы».
Помимо разработки методологии, открывающей новые возможности для исследователей, работающих с отдельными клетками и эмбрионами, данная работа позволила получить беспрецедентный набор данных. Раннее развитие эмбриона — очень динамичный процесс, представляющий большой интерес для ученых, но большинство исследований, как правило, сосредоточены на одном виде, обычно мыши или человеке. В этой работе, однако, использован эволюционный подход: сравнение нескольких видов млекопитающих позволило выявить ключевые регуляторные пути, общие для всех млекопитающих. Полученные биологические открытия в сочетании с богатым набором данных послужат ценным источником информации для исследователей в области биологии развития и репродукции.
[Фото: kjpargeter / Freepik.com]
