Транскрипция генов эмбриона человека запускается на стадии одной клетки

С помощью РНК-секвенирования ученые показали, что экспрессия определенного набора генов запускается в эмбрионах уже на стадии одной клетки. Ранее считалось, что геном эмбриона на этой стадии транскрипционно неактивен.

Credit:
Eraxion | 123rf.com

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.

Источник

Asami et al., Human embryonic genome activation initiates at the one-cell stage. // Cell Stem Cell, published 21 December 2021; DOI: 10.1016/j.stem.2021.11.012

Добавить в избранное

Вам будет интересно