Исследование, подробно описанное в статье, опубликованной сегодня в журнале PLOS Genetics, проливает свет на многослойный процесс того, как сперматозоид и яйцеклетка передают информацию, необходимую для успешного воспроизводства. Хотя одним слоем является передаваемый код ДНК, новое исследование идентифицирует информацию, не кодируемую ДНК, так называемый «эпигенетический» слой информации, который помогает клетке интерпретировать генетический код.Ученым известно, что эти «эпигенетические метки», которые влияют на план развития новых эмбрионов, создаются путем биологической модификации белков, называемых гистонами, которые отвечают за плотную спираль ДНК внутри клеток. Но новое исследование показывает, насколько отличительны метки сперматозоидов от информации, исходящей от ооцита или яйцеклетки.
«Мы смогли задокументировать множество отметок от отца, которые отличаются от отметок, полученных от мамы», — сказала Дайана Чу, доцент кафедры биологии в SF State. «Это исследование открывает перед учеными новые возможности для исследований. Какова роль этих различных знаков?
Почему они разные?»Чу и ее коллеги из SF State и Научно-исследовательского института Скриппса исследовали сперму и эмбрионы червя C. elegans, чтобы определить, какие гистоновые метки, которые включают варианты и модификации гистонов, являются уникальными для сперматозоидов, и отследить их во время образования новых сперматозоидов и новые эмбрионы.
Они обнаружили, что количество модификаций гистонов, присутствующих в сперматозоидах, в 2,4 раза меньше, чем количество, присутствующее в эмбрионах, что указывает на широко распространенное стирание эпигенетических меток при образовании новых сперматозоидов. Но стирание неполное: исследователи идентифицировали один вариант гистона и шесть модификаций гистонов — и, вероятно, их гораздо больше, — которые сохраняются в сперме и в конечном итоге передаются новому эмбриону, потенциально помогая ему развиваться должным образом.
«Если ДНК — это книга, то эти варианты и модификации — закладки», — сказал Чу. «Они могут помочь клеткам прочитать книгу».Это открытие добавляет ученым еще одно измерение при изучении сложного процесса передачи генетической информации от родителей к детям.
Такие исследования имеют серьезные последствия для здоровья, добавил Чу, поскольку расстройства развития и поведения, которые могут проявляться только через годы или даже десятилетия в жизни человека, могут возникать на ранних стадиях эмбриотического развития.«Эти различные уровни генетической и эпигенетической информации работают в сочетании», — сказала она. «Если вы не понимаете их всех, вы не можете понять всю сложность того, как клетки делятся должным образом и как они создают человека, который может функционировать на многих различных уровнях в течение длительного периода времени».Дальнейшие исследования позволят выявить дополнительные эпигенетические метки, уникальные для сперматозоидов, а также более внимательно изучить роль и особенности конкретного варианта гистона, называемого HTAS-1.
«Спецификация и глобальное перепрограммирование эпигенетических меток гистонов во время формирования гамет и раннего развития эмбриона у C. elegans» Марка Самсона, Маргарет М. Джоу, Кэтрин К.Л. Вонг, Колин Фицпатрик, Аарон Асланян, Исраэль Сауседо, Родриго Эстрада, Такаши Ито, Робин Парк, Джон Р. Йейтс III и Дайана С. Чу были опубликованы в выпуске журнала PLOS Genetics от 9 октября.
Исследование финансировалось за счет нескольких грантов Национального научного фонда.