Spermatozoizii care fecundează ovulele reprezintă începutul unei noi vieți. Informațiile genetice materne și paterne, care stochează structura corpului organismului, se leagă împreună după fertilizare.
Cu toate acestea, în această etapă timpurie a vieții, ADN-ul rămâne într-o stare inactivă în nucleu. Deși prima diviziune a celulei zigote are loc cu ajutorul factorilor materni stocați în ou, sinteza de noi produse embrionare este necesară pentru dezvoltarea ulterioară a embrionului, ceea ce necesită expunerea la ADN-ul embrionar. Într-un nou studiu, Kikue Tachibana și echipa ei a Institutului de Biochimie Max Planck, Germania, au confirmat că factorul universal de pionier Nr5a2 a activat ADN-ul embrionar. Rezultatele au fost publicate online pe 24 noiembrie 2022 în revista Science Science, cu titlul lucrării „Activarea genomului zigotic de către factorul pionier al totipotenței Nr5a2”.
Începutul vieții este un proces fascinant în biologie. Ovulele feminine sunt fertilizate prin fuziunea lor cu spermatozoizi masculini. Din prima celulă a acestui embrion se poate dezvolta întregul organism. Ce procese moleculare au loc pe ADN-ul unui ou fertilizat care fac posibil ca ovulul fertilizat să producă un nou organism? Împreună, echipa Tachibana a studiat această problemă folosind un model de șoarece.
Se știe că așa-numiții factori de pionier tind să se lege de regiuni specifice ale ADN-ului inactiv pentru a le activa. Aflarea care sunt acești factori de pionier în celulele zigote este subiectul acestui nou studiu.
Tachibana a spus: „Echipa de bază a acestui nou studiu este formată din experți în embriologie, biochimie, bioinformatică, microscopie și genomică. Împreună, am reușit să descoperim indicii în genom, să descoperim factorul de transcripție Nr5a2 și să investigăm mecanismul său de acțiune. în interiorul și în afara celulei”.
Totipotența factor pionier Nr5a2
Factorul Pioneer are capacitatea de a se lega de un ADN strâns comprimat. Ei aparțin unei familii mari de factori de transcripție. Ele se leagă de modele de secvență specifice de pe ADN pentru a transcrie secvențele genelor.
Imre Gaspar, co-primul autor al lucrării și expert la Institutul de Biochimie Max Planck, a explicat: „Am găsit modele de secvență comune pentru moleculele timpurii de ARNm produse în embrion și am putut găsi mai multe motive de secvență. Motivele de secvență am descoperit că sunt aproape unul de celălalt, formând un așa-numit supermotiv (supermotiv). Acest supermotiv nou descoperit seamănă cu elementul SINE B1 al secvenței cunoscute și are o relație foarte strânsă cu elementele ALU foarte conservate din genomul uman. Aceste elemente sunt cunoscute și sub numele de „gene de salt”, deoarece se pot muta dintr-o locație a genomului în alta în anumite stadii celulare (cum ar fi embrionul timpuriu).
Nr5a2 se leagă de acest supermotiv. Johanna Gassler, co-autor al lucrării și embriolog la Institutul de Cercetare Biochimică Max Planck, a declarat: „Inițial, Nr5a2 a fost găsit în ficat. În domeniul biologiei dezvoltării, Nr5a2 este cunoscut a fi important în etapele ulterioare. de implantare embrionară. Nu se știe cât de important este Nr5a2 după fertilizare. În experimentele noastre, am putut descoperi că odată ce Nr5a2 este blocat, majoritatea moleculelor de ARNm embrionare timpurii nu mai sunt produse. În plus, dezvoltarea ulterioară a embrionului a fost, de asemenea, inhibată. Acest lucru sugerează că Nr5a2 joacă un rol central în primele etape ale dezvoltării embrionare.”
Folosind cele mai recente abordări biochimice și genomice, acești autori au testat modul în care funcționează Nr5a2 în dezvoltarea timpurie. Wataru Kobayashi, co-primul autor al lucrării și biochimist la Institutul Max Planck pentru Biochimie, a explicat: „Am confirmat experimental că Nr5a2 poate deschide regiuni ADN inactive, făcând mai multe regiuni ADN disponibile pentru procesele de transcripție ulterioare.” Astfel, zigotul genomul este activat într-un stadiu de două celule, iar embrionul se dezvoltă în cele din urmă într-un organism complet dinamic.
Tachibana a spus: „Găsirea Nr5a2 ca factor-cheie care conduce activarea genomului este un pas important către obținerea unei înțelegeri mecaniciste a debutului vieții. De asemenea, este clar că trebuie să fie identificați și alți facilitatori. Până acum, studiul nostru oferă un concept cadru care poate explica modul în care activarea transcripțională are loc în mod robust la embrionii timpurii pentru a asigura dezvoltarea embrionară ca organism intact.
