Транскрипция генов эмбриона человека запускается на стадии одной клетки

Принято считать, что геном эмбриона транскрипционно активен на стадии восьми клеток (примерно три дня после оплодотворения). Но время и механизм запуска этой активности до сих пор были неясны. Команда ученых из Великобритании и США применила секвенирование РНК единичных клеток, чтобы ответить на этот вопрос. Чувствительность метода оказалась достаточной, чтобы уловить ранее незамеченные изменения в профиле экспрессии при переходе от ооцита к одноклеточному эмбриону.

Эмбрион возрастом до 20 часов после оплодотворения существует в виде одной клетки с двумя пронуклеусами — гаплоидными ядрами, генетический материал которых представлен геномами ооцита и сперматозоида. Ученые работали с эмбрионами, замороженными на этой стадии. Материал был взят с согласия пар, которые уже успешно родили ребенка посредством ЭКО или по каким-то причинам отказались от продолжения попыток. Кроме того, использовали донорские ооциты на стадии метафазы II (ооциты и эмбрионы были получены у разных людей). Подготовка библиотеки РНК для секвенирования проводилась с помощью готового решения от Takara Clontech. Оно включает использование специальных адаптеров для создания направленной библиотеки кДНК (с определенной ориентацией вставки кДНК), удаление рибосомальной кДНК и амплификацию библиотеки. Авторы намеренно не применяли олиго-dT праймер, который узнает полиаденилированные хвосты мРНК. Использование случайной затравки позволяет амплифицировать всю РНК, независимо от наличия или отсутствия у нее полиаденилированного хвоста. Таким образом могут быть учтены возможные неканонические транскрипты. При секвенировании было получено в среднем 66 миллионов прочтений на каждую клетку.

По транскрипционному профилю все клетки (12 ооцитов от семи доноров и 12 одноклеточных эмбрионов от шести пар) однозначно были разделены на две группы. У одноклеточных эмбрионов по сравнению с ооцитами экспрессия 1 557 генов была ниже и 1 322 — выше. Ученые выявили понижение общего уровня РНК в эмбрионах и связали его с разрушением материнских транскриптов. А вот повышение экспрессии оказалось новостью и подтвердилось после дополнительного анализа 14 генов методом ОТ-ПЦР в реальном времени. Среди генов с повышенной экспрессией 76,3% являются белок-кодирующими; у 85,1% наблюдается канонический сплайсинг. Интересно, что 77,8% из 200 наиболее сильно активированных генов продолжают экспрессироваться до стадии четырех клеток, а на стадии восьми клеток их экспрессия подавляется.

Активация экспрессии нарушена у аномальных эмбрионов с одним или тремя пронуклеусами. Среди 14 выбранных генов экспрессия 12 и 10 генов была ниже у эмбрионов с тремя или одним пронуклеусами, соответственно, по сравнению с нормальными эмбрионами.

Таким образов, в работе показано, что геном эмбриона активируется гораздо раньше, чем предполагалось. По мнению авторов, активация собственной экспрессии у эмбриона на столь ранней стадии — свидетельство возможного влияния материнской экспрессии на его транскрипционную программу. Кроме того, ранняя собственная транскрипционная программа эмбриона может служить механизмом эпигенетического наследования.