Kritičnu tranziciju u ranom ljudskom razvoju ne regulišu naši geni, već elementi DNK zvani transpozoni koji se mogu kretati po genomu, otkrili su istraživači Sinai Health-a.
Ovo izuzetno otkriće dovodi u pitanje naše prethodno razumevanje ovih neuhvatljivih segmenata DNK, bacajući novo svetlo na uloge koje oni igraju u ljudskom razvoju i bolesti.
„Ljudi imaju tendenciju da misle da su transpozoni slični virusima gde oni otimaju naše ćelije sa jedinom svrhom da se razmnožavaju“, kaže stariji koautor studije dr Migel Ramaljo-Santos, viši istraživač na Istraživačkom institutu Lunenfeld-Tanenbaum (LTRI), deo Sinai Health, i profesor na Odseku za molekularnu genetiku na Univerzitetu u Torontu.
„Ali ovde smo otkrili da ovi elementi nisu samo genomski paraziti, već su neophodni za rani razvoj“, rekao je dr Ramaljo-Santos, koji je na katedri za istraživanje u Kanadi 150 za razvojnu epigenetiku.
Njihova studija, objavljena u časopisu Developmental Cell, ukazuje na to da su prenosivi elementi kritični da bi se osiguralo da ćelije ljudskog embriona normalno napreduju kroz rani razvoj, a ne da se vraćaju u prošlost.
Istraživači su se fokusirali na prenosive elemente poznate kao LINE-1, za dugo isprepleteni nuklearni element-1. Za razliku od naših gena, koji čine manje od 2% našeg genoma, elementi LINE-1 čine zapanjujućih 20% genetskog materijala u našim ćelijama.
Neki od LINE-1 elemenata mogu da se pojačavaju i kreću po genomu, ubacujući se na nove lokacije. Pošto su se širili sami od sebe na način koji može poremetiti normalne funkcije gena, to im je donelo nadimak „sebična DNK“.
Godinama su naučnici verovali da su ovi elementi uglavnom štetni, povremeno izazivajući pustoš u genomu i doprinoseći raznim bolestima, od hemofilije do neuroloških poremećaja i raka.
Dr Huan Zhang, stariji koautor i postdoktorski saradnik koji je predvodio istraživanje, u početku je otkrio da je intrigantno da su poruke LINE-1 RNK u izobilju u ranim embrionima. Molekuli RNK poruke se transkribuju iz delova genoma koji su aktivni, što ukazuje da su elementi LINE-1 uključeni u ovim kritičnim ranim fazama.
„Ako su transpozoni loši i opasni, zašto ih vidimo aktivne u ranom embrionu? Ovo je embrion koji tek počinje da se formira. Svako opasno ubacivanje u genom u ovom trenutku će se propagirati tokom ostatka razvoja pojedinca“, rekao je dr Džang.
Kada je dr Džang inhibirao ekspresiju LINE-1 u kultivisanim ljudskim embrionalnim matičnim ćelijama (ESC), došlo je do preokreta, vraćajući ih u primitivniji stadijum od 8 ćelija. U ovom trenutku, svaka od osam ćelija je identična i totipotentna, sposobna da se razvije i u embrion i u placentu. Međutim, nakon ove faze, dok ESC i dalje mogu da formiraju sve fetalne ćelije, oni postaju sve manje sposobni da doprinose placenti, preko koje embrion prima hranljive materije od majke.
Dalji eksperimenti su pokazali da ovi molekuli poruka LINE-1 deluju kao skela za organizovanje DNK u 3D prostoru jezgra ćelije. Oni pomažu da se hromozom 19 – dom ključnih gena za stadijum 8 ćelija – premesti u region jezgra za utišavanje gena, obezbeđujući da embrion može napredovati u sledeće faze bez greške.
„Pokazali smo da LINE-1 reguliše ekspresiju gena u ključnoj prekretnici kada embrion počinje da specijalizuje svoje ćelije za različite funkcije. Naši rezultati pokazuju da ovo nije slučajna pojava već vitalni evolucioni mehanizam“, rekao je dr Džang.
Dodatno iznenađenjima, ova nova uloga LINE-1 elemenata odstupa od njihovog tipičnog ponašanja skakanja na nove genomske lokacije i na taj način izaziva potencijalno štetne mutacije. Umesto toga, u ovom kritičnom kontekstu, elementi LINE-1 isključivo podstiču razvojnu progresiju, jedinstvenu akciju koja naglašava njihov značaj u ranom ljudskom rastu.
Ovo fundamentalno istraživanje ima važne implikacije za tretmane plodnosti i upotrebu matičnih ćelija u regenerativnoj medicini. Štaviše, ovaj rad otkriva nove uloge za LINE1 koje se sada mogu istražiti u kontekstu bolesti u koje je uključena, od neuroloških poremećaja do raka.
Dr Anne-Claude Gingras, direktorka LTRI-ja i potpredsjednica istraživanja za zdravlje na Sinaju, rekla je: „Ovo istraživanje naglašava koliko još treba naučiti, ne samo o ljudskom razvoju već i o ovim zagonetnim elementima genoma čija je uloga samo počinje da nastaje.“
„Čestitam svojim kolegama na otvaranju novog terena sa ovim fascinantnim uvidom u ljudsku biologiju, i željno očekujem dalja otkrića dok nastave svoj rad.“
