Исследователи специально исследовали роль так называемых элементов LINE1 (L1), самого распространенного семейства ретротранспозонов у млекопитающих. события, происходящие в раннем эмбрионе », — говорит профессор доктор Мария Елена Торрес-Падилья, возглавлявшая исследование. Она является директором Института эпигенетики и стволовых клеток (IES) в Центре Гельмгольца в Мюнхене и профессором биологии стволовых клеток в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене (LMU).«Критично для развития эмбриона»
Изучая экспрессию L1 в экспериментальной модели, исследователи наблюдали пик, когда эмбрион состоит всего из 2 клеток, за которым следует снижение экспрессии к тому времени, когда эмбрион прикрепляется к матке матери. Эти этапы имеют решающее значение для успешной беременности. Чтобы понять важность элементов L1, они использовали искусственно созданные факторы транскрипции (TALE, для эффектора, подобного активатору транскрипции), чтобы предотвратить или стимулировать экспрессию L1 в эмбрионах. «Мы обнаружили, что слишком много или слишком мало экспрессии L1 приводило к остановке развития», — объясняет д-р Джоанна Яхович (IES), первый автор статьи. «Это означает, что точное время и уровень экспрессии ретротранспозона имеют решающее значение для развития эмбриона».
Неожиданно ученые показали, что механизм, лежащий в основе этой регуляции, не зависит от кодирующей природы транскрипта и ретротранспозиции, то есть способности этих элементов «прыгать» в другие части генома. Вместо этого исследователи обратили внимание на хроматин **.
Используя свой инженерный подход, исследователи показали, что экспрессия L1 делает хроматин более открытым, а остановка экспрессии L1 приводит к более плотной упаковке хроматина.«Эти результаты указывают на новую роль ретротранспозонов в формировании« ландшафта »хроматина, необходимого для программы раннего развития», — объясняет Торрес-Падилла. «Ранее предполагалось, что активация ретротранспозонов была просто побочным эффектом ремоделирования хроматина, происходящего после оплодотворения, процесса, называемого эпигенетическим репрограммированием. Наше исследование демонстрирует, что элементы L1 играют особую роль в регулировании доступности хроматина, что, в свою очередь, необходимо для правильная программа развития. Это исследование имеет огромное значение для определения роли большого количества генома млекопитающих на самых ранних этапах жизни ».
В будущем ученые хотели бы изучить этот процесс дальше и выяснить, имеют ли другие мобильные элементы аналогичные функции. «Общая цель нашего исследования — понять процессы, происходящие в раннем эмбрионе», — добавляет Торрес-Падилья. «Это очень увлекательный этап развития, потому что все типы клеток тела возникнут из единственной клетки, присутствующей после оплодотворения». Это особенно актуально для области регенеративной медицины, целью которой является создание различных типов клеток и органов в чашке Петри для терапевтического использования.Дальнейшая информация* Термин «ретротранспозоны» относится к классу мобильных последовательностей ДНК, которые структурно очень похожи на ретровирусы. Как и их родственники, эти элементы могут переходить в другие части генома.
Аббревиатура LINE означает длинные вкрапления ядерных элементов. На элементы L1 приходится примерно 17 процентов генетического материала у людей и до 40 процентов у других млекопитающих.
** Хроматин — это генетический материал (ДНК) вместе с белками, которые его упаковывают и организуют. После оплодотворения хроматин сильно реорганизуется, что особенно интересно, потому что плотность, с которой хроматин упакован, определяет, могут ли определенные гены транскрибироваться или нет.
Фон:По словам исследователей, эта работа, определяя активацию ретротранспозона как один из потенциальных механизмов, обеспечивающих открытость хроматина, открывает возможности для управления доступностью хроматина в контексте перепрограммирования клеток. Недавно исследователи стволовых клеток из Helmholtz Zentrum Munchen показали, что динамические изменения в экспрессии и локализации подтипа гистонов (H1) связаны с ремоделированием хроматина и могут иметь решающее значение для переходов в структуре хроматина во время репрограммирования.
Эти наблюдения также предоставляют новое понимание изменений хроматина, лежащих в основе эпигенетического репрограммирования, и прокладывают путь к лучшему пониманию механизмов, лежащих в основе тотипотентности и установления специфических эпигенетических состояний.