За несколько месяцев до того, как происходит часто упоминаемое чудо рождения, происходят многочисленные события, которые наука все еще не полностью понимает. Например, это включает в себя вопрос о том, как одна клетка может быть источником всех последующих клеток в будущем организме. Изучить, как это возможно, – цель проф.
Доктор. Мария-Елена Торрес-Падилья, директор Института эпигенетики и стволовых клеток (IES) в Центре им. Гельмгольца в Мюнхене и профессор биологии стволовых клеток в Мюнхенском университете Людвига-Максимилиана.
«Мы особенно заинтересованы в событиях, которые требуются, когда клетки должны делиться так много раз и развиваться разными способами, например, клетки кожи, печени и сердца», – объясняет исследователь.
В текущем исследовании она и ее команда подошли к этой проблеме, изучив так называемый хроматин, который относится к ДНК и белкам (гистонам) вокруг нее. «Мы изучили, как определенные гистоны изменяются после оплодотворения, что позволило нам объяснить новый механизм."
Маленькие насадки, большие эффекты
Авторы обнаружили, что молекула Suv4-20h2, так называемая гистоновая метилтрансфераза, перемещается по хроматину и присоединяет небольшие химические изменения (названные метильные группы) к гистонам. Когда происходит добавление этих химических изменений, клетка ограничивается в своем делении и развитии, объясняет Торрес-Падилья.
Но как только происходит оплодотворение, прикрепления исчезают, и оплодотворенная яйцеклетка может развиться в новый организм.
Чтобы подтвердить эти результаты, исследователи использовали экспериментальную модель, чтобы проверить эффект сохранения активности Suv4-20h2 в оплодотворенной яйцеклетке. «Мы смогли продемонстрировать, что в этом случае метильные группы остаются на гистонах», – объясняет первый автор Андре Эйд, докторант IES. "Это останавливает развитие, и клетки не продвигаются дальше первого деления."
В дальнейших экспериментах команда смогла показать, что этот механизм, вероятно, основан на том факте, что метильные группы на гистонах приводят к дефекту во время дупликации генетического материала, называемому репликацией. Этот дефект вызывает затем «контрольную точку» репликации, в результате чего клеточный цикл останавливается.
«Наши результаты позволили нам понять сложные связи между хроматином и способностью клеток развиваться в другие типы клеток – так называемая тотипотентность», – заявляет Торрес-Падилья, рассматривая результаты в перспективе. Это важный шаг как для эмбриологии человека, так и для понимания некоторых видов рака, при которых клетки проявляют очень похожие механизмы, влияющие на скорость их роста.