Новости | Новое научное открытие: как транспозоны влияют на раннее развитие человека

Новости | Новое научное открытие: как транспозоны влияют на раннее развитие человека

Новое исследование показало, что важный переходный этап раннего развития человека регулируется не собственными генами, а элементами ДНК, называемыми транспозонами. Исследование, проведённое учёными Sinai Health, ставит под сомнение традиционные представления об этих загадочных фрагментах ДНК и раскрывает их важную роль в развитии человека и возникновении заболеваний.

«Люди склонны считать транспозоны вирусоподобными паразитами, которые захватывают наши клетки, чтобы воспроизводить себя», — сказал доктор Miguel Ramalho-Santos, старший соавтор исследования и ведущий научный сотрудник Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute. «Но наше исследование показало, что эти элементы — не просто геномные паразиты; они необходимы для раннего развития».

Исследование, опубликованное в Developmental Cell, показывает, что транспозируемые элементы играют ключевую роль в нормальном прохождении эмбриональными клетками ранних этапов развития, не позволяя им возвращаться к более раннему состоянию. Учёные сосредоточились на LINE-1, или длинном диспергированном ядерном элементе-1. LINE-1-элементы не просто сопровождают гены, составляющие менее 2% генома: на их долю приходится 20% генетического материала клеток. Некоторые из них способны создавать свои копии, перемещаться по геному и встраиваться в новые участки, за что их называют «эгоистичной ДНК».

Учёные давно считают эти элементы в основном вредными, поскольку они могут нарушать структуру генома и вызывать такие заболевания, как гемофилия, неврологические расстройства и рак.

Доктор Juan Zhang, постдокторант и ещё один старший соавтор исследования, впервые заинтересовался многочисленными РНК-сообщениями LINE-1 в ранних эмбрионах. РНК-сообщения транскрибируются с активных участков генома, что указывает на активность элементов LINE-1 на этих критически важных ранних этапах.

«Если транспозоны вредны, почему они активны в раннем эмбрионе? Это эмбрион, который только начинает формироваться. Любая опасная вставка распространилась бы на протяжении всего развития человека», — сказал доктор Zhang.

Когда экспрессию LINE-1 подавляли в культивируемых эмбриональных стволовых клетках человека (ESC), клетки возвращались к более примитивной восьмиклеточной стадии. На этой стадии восемь одинаковых тотипотентных клеток могут развиться и в эмбрион, и в плаценту. После этого этапа ESC всё ещё способны формировать все типы клеток плода, но постепенно утрачивают способность участвовать в формировании плаценты.

Дальнейшие эксперименты показали, что эти молекулы РНК LINE-1 действуют как каркасы, организующие ДНК в трёхмерном пространстве клеточного ядра. Они помогают переместить хромосому 19, содержащую ключевые гены, в область подавления генов, позволяя эмбриону плавно переходить к последующим этапам развития.

«Наше исследование показывает, что LINE-1 регулирует экспрессию генов в критический момент, когда эмбрион начинает специализировать свои клетки для выполнения различных функций. Наши результаты позволяют предположить, что это не случайность, а важный эволюционный механизм», — сказал доктор Zhang.

Удивительно, но эта новая роль противоречит обычному поведению LINE-1. Вместо перемещения в новые участки генома и возникновения потенциально вредных мутаций элементы LINE-1 в данном критическом контексте целенаправленно способствуют развитию, подчёркивая их важность для раннего роста человека.

Это фундаментальное исследование имеет важное значение для лечения бесплодия и применения стволовых клеток в регенеративной медицине. Оно также раскрывает новую роль LINE-1, которую можно изучать при заболеваниях, связанных с этими элементами, включая неврологические расстройства и рак.

Доктор Anne-Claude Gingras, директор Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute и вице-президент по исследованиям, сказала: «Это исследование показывает, как много нам ещё предстоит узнать о развитии человека и этих загадочных геномных элементах. Я поздравляю коллег с этим важным открытием, открывающим новое направление, и с нетерпением жду результатов их дальнейшей работы».

Исследование финансировали Canadian Institutes of Health Research, Great Gulf Homes Charitable Foundation и программа Medicine by Design Университета Торонто.

Источник:

Собрано в интернете