Размер имеет значение: величина клеток вызывает «пробуждение» генома у эмбрионов

Изменение внутреннего и внешнего состояния организма – основа жизни. Как растения расцветают и осыпаются в определенное время, так и человек переходит из детского возраста в период половой зрелости. Точно такие же трансформации происходят в период раннего развития эмбриона, когда он переходит от контроля со стороны материнских молекул к управлению собственным геномом.

Команда из медицинской школы Перельмана в университете Пенсильвании обнаружила, что активация генома эмбриона (переход на самоконтроль) происходит по особой схеме, контролируемой, в первую очередь, размерами его клеток. Исследователи опубликовали свои результаты в журнале Developmental Cell.

У эмбрионов на ранней стадии развития клеточное деление контролируется материнским геномом. Геномы зиготы – так называется оплодотворенная яйцеклетка – находятся в режиме сна. Однако в какой-то момент в эти зиготические ядра «просыпаются», и их собственный геном берет на себя биохимический контроль над всем последующим развитием. То, как эмбрион «распознает», когда именно должен произойти этот переход, до сих пор оставалось неизвестным.

«Когда и что заставляет эмбрион «забрать» контроль у матери – это фундаментальный вопрос в биологии развития, – говорит старший автор Мэтью Гуд, доктор философии, доцент кафедры биологии клетки, развития и биоинженерии. – Ранее не было доказано, что непосредственно размер клетки регулирует пробуждение генома зиготы и приводит его к активации».

За последние 40 лет были предложены различные гипотезы, объясняющие, как эмбрион распознает, когда «включать» геном клеток в зиготе, но лишь команда Мэтью Гуда ответила на этот ключевой вопрос.

Используя визуализацию одиночных клеток эмбрионов африканской когтистой лягушки (Xenopus laevis), ученые обнаружили, что размер клеток является ключевым параметром, определяющим начало активации генома у зигот. Клетки должны достигать порогового размера, чтобы инициировать выработку собственных белков. Создавая миниатюрные эмбрионы, команда продемонстрировала, что именно изменение размера клеток влияет на время активации генома.

«Решение» активировать геном зиготы принимается на уровне отдельных клеток, а не всего эмбриона. «Эволюция использовала размер клеток в качестве регулирующего механизма для контроля критического перехода в эмбриональном развитии – парадигмы, которая может распространяться на другие области биологии, в которых размер клеток варьируется», – сказал Гуд. Ученые планируют продолжить работу, проанализировав активацию генома у рыбок данио и мышей, чтобы выяснить, справедливо ли их предположение для других видов.

Результаты данного исследования имеют ряд важных последствий для базового понимания того, как эмбрион развивается в первые дни, а также для биологии развития в целом.