Более половины наших геномов состоят из тысяч остатков древней вирусной ДНК, известных как мобильные элементы, которые широко распространены по всему древу жизни. Когда-то отвергнутые как «темная сторона» генома, исследователи из Университета Гельмгольца в Мюнхене и Университета Людвига-Максимилиана (LMU) теперь раскрыли их решающую роль в раннем развитии эмбриона.
Мобильные элементы, остатки древней вирусной ДНК, реактивируются в течение первых часов и дней после оплодотворения. В этот динамичный период раннего развития эмбриональные клетки демонстрируют замечательную пластичность, однако молекулярные механизмы и факторы, которые регулируют эту пластичность, остаются неясными. Исследования на таких моделях, как мыши, показывают, что мобильные элементы играют решающую роль в клеточной пластичности, но все еще неясно, является ли это универсальной особенностью для всех видов млекопитающих. Разнообразное эволюционное происхождение этих вирусных остатков поднимает дополнительные вопросы об их сохранении в геномах млекопитающих. Понимание регуляторных механизмов, управляющих активацией мобильных элементов, имеет важное значение для развития репродуктивной медицины и раскрытия фундаментальных принципов регуляции генома.
Группа исследователей под руководством профессора Марии-Елены Торрес-Падиллы из Университета Гельмгольца в Мюнхене и Университета Людвига-Максимилиана приступила к изучению этих древних последовательностей ДНК, разработав новый метод изучения их транскрипции. Они создали атлас одного эмбриона, сравнив эмбрионы нескольких видов млекопитающих, включая мышь, корову, свинью, кролика и нечеловекообразную примата, макаку-резус. Их выводы оказались неожиданными: исследователи обнаружили, что очень старые вирусные элементы, ранее считавшиеся вымершими, повторно экспрессируются в эмбрионах млекопитающих. Они также обнаружили, что каждый изученный вид экспрессирует различные типы этих элементов.
Эти наблюдения показывают, что активация мобильных элементов сохраняется у разных видов, а идентификация конкретных элементов дает захватывающие возможности для манипулирования тысячами генов в клетках одновременно. «Этот подход предлагает новый способ влиять на судьбу клеток, например, направлять дифференциацию стволовых клеток, что обычно требует одновременной манипуляции сотнями генов», — говорит соавтор исследования Марлиз Оомен. «Наша работа подчеркивает важность понимания принципов регулирования, лежащих в основе мобильных элементов».
Профессор Торрес-Падилла далее поясняет: «Наше исследование показало, что активация мобильных элементов является отличительной чертой ранних эмбрионов у нескольких видов млекопитающих. Это открытие имеет важное значение, поскольку эти клетки на ранней стадии могут дифференцироваться во все типы клеток организма. Понимая, как эти клетки регулируют древние вирусные элементы, мы получаем важные сведения о механизмах клеточной пластичности. Это исследование закладывает основу для будущих исследований конкретных регуляторных элементов, имеющих широкие последствия для здоровья, болезней и того, как манипулирование этими элементами может повлиять на клеточные процессы».
Помимо разработки новой методологии, которая открывает новые возможности для исследователей, работающих с отдельными клетками и эмбрионами, это исследование создало беспрецедентный набор данных. Раннее развитие эмбриона — это очень динамичный процесс, который представляет большой интерес для ученых, но большинство исследований, как правило, сосредоточены на одном виде, как правило, мыши или человеке. Однако это исследование использовало эволюционный подход, сравнивая несколько видов млекопитающих, что позволило идентифицировать ключевые регуляторные пути, общие для всех млекопитающих. Биологические идеи, полученные в ходе этого исследования, в сочетании с богатым набором данных послужат ценным ресурсом для исследователей в области биологии развития и репродуктивной биологии.
