Istraživači iz grupe Kind stekli su novi uvid u mehanizam koji stoji iza prostorne organizacije DNK unutar ćelija ranih embriona. Kada se embrion prvi put formira nakon oplodnje, svaka ćelija ima potencijal da postane bilo koji tip ćelije tela.
Istraživači su proučavali prostornu organizaciju DNK koja je toliko specifična za ove rane razvojne faze. Rad, „Antagonizam između H3K27me3 i asocijacije genom-lamina pokreće atipičnu prostornu organizaciju genoma u totipotentnom embrionu“, objavljen je u Nature Genetics 16. septembra 2024.
Svaka ćelija u našem telu sadrži istu DNK. Ova DNK sadrži genetske informacije koje služe kao nacrt za pravljenje proteina neophodnih za funkcionisanje ćelije. Iako sve ćelije imaju istu DNK, one aktiviraju samo određene njene delove.
Kao rezultat, ćelije se razvijaju u različite tipove ćelija i obavljaju različite funkcije. Ovo je posebno važno tokom razvoja embriona. Kada se embrion prvi put formira nakon oplodnje, svaka ćelija može postati bilo koja vrsta ćelije, uključujući ćelije mozga ili čak ćelije placente.
DNK se nalazi u ćelijskom jezgru gde je presavijena u aktivne i neaktivne odeljke. Regioni DNK koji se nalaze na ivici ćelijskog jezgra obično su gušće spakovani i neaktivni. Ova prostorna organizacija DNK je važna jer određuje koji delovi DNK su aktivni. Ovo varira u zavisnosti od tipa ćelije, kao što su krvne ćelije i moždane ćelije.
U ćelijama sa različitim funkcijama, specifični delovi DNK menjaju svoje pakovanje i prostornu organizaciju unutar jezgra. Ovo dovodi do toga da se različiti geni „isključuju“ i „uključuju“.
Ove promene određuju koji su geni aktivni i daju ćeliji njen identitet. Takvi procesi koji utiču na aktivnost gena bez promene same DNK su epigenom ćelije. Iako su naučnici detaljno istraživali prostornu organizaciju DNK, još uvek je mnogo nejasno o tome kako je ova organizacija prvi put uspostavljena tokom embrionalnog razvoja.
Da bi bolje razumeli razvoj embriona, istraživači su želeli da znaju kako epigenom reguliše organizaciju DNK. U ranijoj studiji, istraživači iz grupe Kind su pokazali da je pozicioniranje regiona DNK blizu nuklearne ivice tokom prvih dana razvoja embriona veoma neobično tokom ranog razvoja embriona. Ovo bi moglo objasniti kako te prve ćelije mogu biti tako fleksibilne u onome što mogu postati.
Isabel Guerreiro, koautor studije, objašnjava: „Ovim radom smo želeli da razumemo šta uzrokuje neobično pozicioniranje DNK regiona na ivici jezgra tokom ranog razvoja sisara. Ovo je često teško proučavati, jer možemo sakupite samo nekoliko ćelija iz ranih embriona.“
Da bi proučavali ove ćelije, istraživači su koristili tehnike koje su prethodno razvili. Ove tehnike su im omogućile da analiziraju prostornu organizaciju DNK u pojedinačnim ćelijama iz ranih embriona.
Koristeći ove tehnike, nazvane scDam&T-sek i EpiDamID, istraživači su otkrili da regioni DNK koji se ne nalaze blizu nuklearne ivice imaju visoke nivoe specifične modifikacije u proteinima oko kojih je DNK omotana.
„Ovo sugeriše da prisustvo ove modifikacije odbija regione DNK od nuklearne ivice“, objašnjava Guerreiro.
„Međutim, nije samo prisustvo ove modifikacije proteina ono što odlučuje o tome gde se DNK regioni nalaze. Otkrili smo da ravnoteža između ‘repelentne’ modifikacije proteina i unutrašnje privlačnosti DNK sekvence na nuklearnu ivicu, određuje neobičnu organizaciju regiona DNK u ćelijskom jezgru ranih embriona.“
Istraživači su pronašli glavni uzrok atipične prostorne organizacije DNK unutar jezgra ranih ćelija embriona. Ovi nalazi predstavljaju veliki korak ka razumevanju zdravog razvoja embriona i otkrivanju mehanizama koji omogućavaju ovim ćelijama da se diferenciraju u širok spektar tipova ćelija.
Guerreiro kaže: „Otkrivanje mehanizma iza neobične nuklearne organizacije koja karakteriše rani embrion ima potencijal da poboljša strategije regenerativne medicine i ishode in vitro oplodnje kod ljudi.“
