Ученые Центра динамики биосистем RIKEN сделали открытие, переворачивающее многолетние представления о процессе репликации ДНК в ранних эмбрионах. Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Nature, после зачатия эмбриона репликация ДНК проходит через опасный период нестабильности, который приводит к увеличению количества ошибок копирования хромосом.
Узнайте больше в полной версии ➞Исследователи использовали метод геномики отдельных клеток, называемый scRepli-seq. Это позволило ученым подробно изучить процесс репликации ДНК в развивающихся эмбрионах мышей на разных стадиях, начиная с момента оплодотворения.
Когда часть хромосомы раскручивается для репликации, области ДНК расстегиваются, образуя структуру, похожую на вилку. Для продолжения репликации вилка должна двигаться вниз по цепи ДНК, повторно застегивая скопированные области и расстегивая следующую секцию.
Известно, что разные области хромосомы дублируются в определенной последовательности. Первым открытием команды было то, что на ранних стадиях эмбриогенеза, до формирования четырехклеточного эмбриона, ДНК реплицируется равномерно, а не последовательно, как это происходит в зрелых клетках. Кроме того, было выявлено, что скорость движения репликативной вилки значительно медленнее на стадиях 1, 2 и 4 клеток, что способствует возникновению ошибок копирования.
Ошибки в репликации ДНК в первые несколько дней после оплодотворения часто приводят к хромосомным аномалиям, таким как дополнительные копии, отсутствующие копии, разрывы в копиях или неполные копии. Некоторые из этих ошибок копирования приводят к выкидышу, в то время как другие приводят к нарушениям развития, таким как синдром Дауна, также известный как трисомия по 21-й хромосоме.
Особое внимание привлекло то, что на стадии четырехклеточного эмбриона наблюдается временное увеличение частоты хромосомных аномалий, что, по мнению ученых, связано с медленным движением репликативной вилки. Исследователи установили, что 13 процентов клеток на этой стадии демонстрируют хромосомные аномалии, тогда как на других стадиях этот показатель значительно ниже.
Эти результаты могут способствовать разработке улучшенных методов в области репродуктивной медицины, направленных на минимизацию хромосомных аномалий в первые дни после оплодотворения.