Повече от половината от нашите геноми се състои от хиляди остатъци от древна вирусна ДНК, известни като транспозибилни елементи, които са широко разпространени в дървото на живота. Някога те са заклеймени като „тъмната страна“ на генома. Сега обаче изследователи от Хелмхолц Мюнхен и Лудвиг-Максимилианския университет (LMU) разкриват решаващата им роля в ранното развитие на ембриона.

Въпроси без отговор относно ролята на древната вирусна ДНК

Транспозибилните елементи, остатъци от древна вирусна ДНК, се активират отново през първите часове и дни след оплождането. В този динамичен период от ранното развитие ембрионалните клетки проявяват забележителна пластичност, но молекулярните механизми и фактори, които я регулират, остават неясни. Изследванията върху мишки показват, че транспозибилните елементи играят решаваща роля в клетъчната пластичност, но все още не е сигурно дали това е универсална характеристика за всички видове бозайници. Разнообразният еволюционен произход на тези вирусни остатъци повдига допълнителни въпроси относно тяхното запазване в геномите на бозайниците. Разбирането на регулаторните механизми, управляващи активирането на транспозибилните елементи, е от съществено значение за напредъка на репродуктивната медицина и разкриването на основните принципи на регулация на генома.

Вирусни елементи, смятани за изчезнали се експресират отново в ембриони на бозайници

Екип от изследователи под ръководството на проф. Мария-Елена Торес-Падила от Хелмхолц Мюнхен и LMU си поставя за цел да проучи тези древни ДНК последователности, като разработва нов метод за изследване на тяхната транскрипция. Те създават атлас от един ембрион, като сравняват ембриони от няколко вида бозайници, включително мишка, крава, прасе, заек и нечовекоподобен примат - макак резус. Констатациите им са изненадващи: изследователите откриват, че много стари вирусни елементи, за които преди се е смятало, че са изчезнали, се експресират отново в ембрионите на бозайници. Те също така откриват, че всеки от изследваните видове експресира различни видове от тези елементи.

Нови възможности за манипулиране на гени и изследване на клетъчната пластичност

Тези наблюдения показват, че активирането на транспозибилни елементи е запазено при различните видове и идентифицирането на специфични елементи предоставя вълнуващи възможности за едновременното манипулиране на хиляди гени в клетките. „Този подход предлага нов начин за повлияване на клетъчната съдба, като например насочване на диференциацията на стволовите клетки, което обикновено изисква едновременното манипулиране на стотици гени“, казва съавторът д-р Марлис Оомен. „Нашата работа подчертава важността на разбирането на регулаторните принципи зад транспозибилните елементи.“

Професор Торес-Падила обяснява още: „Нашето изследване разкри, че активирането на транспозибилни елементи е отличителна черта на ранните ембриони при няколко вида бозайници. Това откритие е значимо, тъй като тези клетки в ранен стадий могат да се диференцират във всички типове телесни клетки. Като разбираме как тези клетки регулират древните вирусни елементи, ние получаваме изключително важна информация за механизмите на клетъчната пластичност. Това изследване поставя началото на бъдещи изследвания на специфични регулаторни елементи с широко значение за здравето, болестите и как манипулирането на тези елементи може да повлияе на клетъчните процеси.“

Безпрецедентен набор от данни за ранното развитие на множество видове бозайници

В допълнение към разработването на нова методология, която открива още възможности за изследователите, работещи с единични клетки и ембриони, това проучване генерира безпрецедентен набор от данни. Ранното развитие на ембрионите е изключително динамичен процес, който представлява голям интерес за учените, но повечето изследвания обикновено се фокусират върху един вид, често мишка или човек. В това изследване обаче е използван еволюционен подход чрез сравняване на множество видове бозайници, което позволява идентифицирането на ключови регулаторни пътища, общи за всички. Биологичните прозрения, получени от това изследване, в съчетание с богатия набор от данни, ще послужат като ценен ресурс за изследователите в областта на биологията на развитието и репродукцията.

Източник: EurekAlert