«Посредством секвенирования и изучения геномов более простых организмов, которыми легче манипулировать в лаборатории, мы смогли выявить важные идеи относительно биологии, лежащей в основе определения судьбы зародышевых клеток – знания, которые в конечном итоге могут помочь нам лучше понять процессы, лежащие в основе репродуктивного здоровья. расстройства у человека », – сказал доктор. Энди Баксеванис, директор отдела вычислительной геномики Национального института исследования генома человека (NHGRI) и соавтор статьи. NHGRI является частью Национальных институтов здравоохранения.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, сотрудники NHGRI, Национального университета Ирландии, Голуэй, и Лаборатории морской биологии Уитни при Университете Флориды, Августин, сообщили, что активация гена Tfap2 во взрослых стволовых клетках гидрактинии может превратить эти клетки в половые клетки в цикле, который может повторяться бесконечно.
Для сравнения, люди и большинство других млекопитающих генерируют определенное количество половых клеток только один раз в своей жизни.
Следовательно, у таких видов яйцеклетки и сперматозоиды из заданного количества половых клеток могут формироваться в течение длительного периода времени, но их количество ограничено. Международная группа исследователей изучает геном гидрактинии, чтобы понять, как это связано с этой особой репродуктивной способностью.
Гидрактиния живет колониями и тесно связана с медузами и кораллами. Хотя гидрактиния физиологически не похожа на человека, ее геном содержит удивительно большое количество генов, похожих на гены болезней человека, что делает ее полезной животной моделью для изучения вопросов, связанных с биологией и здоровьем человека.
Колонии гидрактиний содержат пищевые полипы и половые полипы как часть их анатомии. Специализированные половые полипы производят яйцеклетки и сперму, что делает их функционально похожими на гонады у таких видов, как человек.
Во время эмбрионального развития человека выделяется небольшой пул половых клеток, которые в конечном итоге станут гаметами, и все сперматозоиды или яйцеклетки, которые люди производят в течение своей жизни, являются потомками этих первоначальных нескольких половых клеток.
Потеря этих половых клеток по любой причине приводит к бесплодию, поскольку люди не имеют возможности пополнить свой первоначальный пул половых клеток.
В отдельном исследовании д-р.
Баксеванис из NHGRI и доктор. Кристин Шницлер из лаборатории Уитни завершила первое в истории секвенирование генома гидрактинии. В этом исследовании исследователи использовали эту информацию для тщательного изучения генома организма, чтобы понять, почему существуют такие заметные различия в репродуктивной способности между одним из наших самых дальних родственников животных и нами самими.
«Наличие такого рода высококачественных данных о последовательностях всего генома позволило нам быстро сузить поиск конкретного гена или генов, которые говорят стволовым клеткам гидрактинии стать зародышевыми клетками», – сказал доктор. Баксеванис.
Исследователи сравнили поведение генов в питательной и половой структурах гидрактинии.
Они обнаружили, что ген Tfap2 был намного более активен в половых полипах, чем в питающих полипах, как у мужчин, так и у женщин. Это был ключ к разгадке того, что ген может играть важную роль в генерации половых клеток.
Затем ученые подтвердили, что Tfap2 действительно был переключателем, который контролирует процесс непрерывного производства половых клеток. Исследователи использовали метод редактирования генов CRISPR-Cas9 для удаления Tfap2 из Hydractinia и измерили его влияние на производство половых клеток.
Они обнаружили, что удаление Tfap2 из Hydractinia останавливает формирование половых клеток, подтверждая теорию о том, что Tfap2 контролирует процесс.
Исследователи также хотели узнать, влияет ли Tfap2 на превращение определенных клеток в половые клетки. Их анализ показал, что Tfap2 заставляет только взрослые стволовые клетки гидрактинии превращаться в половые клетки.
Интересно, что ген Tfap2 также регулирует продукцию зародышевых клеток у человека, помимо своего участия во множестве других процессов. Однако у людей половые клетки отделяются от неголовых клеток на ранней стадии развития.
Тем не менее, несмотря на огромное эволюционное расстояние между гидрактинией и людьми, обе имеют общий ключевой ген, который превращает стволовые клетки в половые клетки.