O krok bliżej zrozumienia wczesnych etapów rozwoju zarodka
Ze względu na genetyczne podobieństwo myszy i ludzi, mysie zarodki od dawna służą naukowcom za model pomagający zrozumieć rozwój organizmu ludzkiego. Jednakże, choć w laboratoriach intensywnie przebadano stadia rozwoju myszy poprzedzające zagnieżdżanie zarodka, nie można powiedzieć tego samego o etapach następujących po implantacji, gdyż zachodzą one w macicy, przez co ich obserwacja jest bardzo utrudniona. Aby pogłębić wiedzę o rozwoju zarodkowym, naukowcy z finansowanego przez UE projektu EMBRYONIC ROSETTES sprawdzali, jakie mechanizmy infrastruktury komórkowej regulują transkryptom, czyli zbiór cząsteczek informacyjnego RNA (mRNA), kontrolujący procesy różnicowania komórek poprzez indukowanie ekspresji genów. Wyniki projektu pozwalają sądzić, że organizacja jądra może w sposób różnicujący regulować transkryptom, zapoczątkowując embrionalne (EPI) i poza-embrionalne (TE) linie komórkowe, w który to proces zaangażowany jest enzym CARM1. Stadia rozwoju embrionalnego Makromolekuły zwane chromatyną złożone są z mieszanki DNA, RNA i różnych białek. Chromatyna obecna jest w komórkach ssaków, a z badań na mysich embrionach wiadomo, że układ przestrzenny tych makromolekuł przed zagnieżdżeniem zarodka pomaga aktywować geny wpływające na dalszy rozwój embrionu. To procesy molekularne począwszy od replikacji DNA po transkrypcję i przetwarzanie RNA. Po zapłodnieniu powstaje struktura zwana zygotą, która, po kilku podziałach komórkowych, przekształca się w blastocystę. Po zapłodnieniu makromolekuły chromatyny w embrionie zostają przeprogramowane w celu utworzenia trzech tzw. linii blastocytarnych: pluripotencjalnego epiblastu (EPI), który zapoczątkowuje przyszły organizm zwierzęcia, prymitywnych, poza-embrionalnych warstw komórek zwanych endodermą (PE) oraz trofoektodermy (TE), drugiej tkanki poza-embrionalnej, z której powstanie łożysko. Koordynatorka projektu EMBRYONIC ROSETTES, dr Anna Hupałowska, tak wyjaśnia jego ideę: „Wiemy, że reorganizacja chromatyny w jądrze, do której dochodzi po zapłodnieniu, wpływa na dalsze losy i rozwój embrionu. Nie zostało to jednak do tej pory dokładnie przebadane we wczesnych stadiach rozwoju ssaków”. Jądra komórek złożonych eukariontów (organizmów, których jądra otoczone są błonami) zawierają w sobie wiele struktur, które pośredniczą w różnych procesach komórkowych, od replikacji DNA po transkrypcję i przetwarzanie RNA. Na pilotażowych etapach projektów, zespół zaobserwował znaczący wzrost stężenia enzymu zwanego CARM1 oraz nasilenie jego aktywności, szczególnie podczas stadium, w którym zarodek liczy 4 komórki. Enzym ten zorganizowany był w charakterystycznych skupiskach określanych jako nieregularne plamki. Jest to relatywnie nowa klasa ciałek sub-jądrowych tworzonych w toku interakcji RNA z białkami. Jak wspomina dr Hupałowska: „Ilość plamek zawierających enzym CARM w 4-komórkowym embrionie koreluje z poziomem metylowanych białek histonowych H3, które, jak już dowiedziono, mają bezpośredni wpływ na określenie dalszych losów komórek. Wskazuje to wyraźnie jak ważna jest rola plamek z enzymem CARM w prawidłowym rozwoju zarodka”. Istotnie, w ramach projektu ustalono, że po zmianie struktur tworzonych przez te plamki poprzez usunięcie ich podstawowych komponentów, rozwój zarodka był wstrzymywany przed osiągnięciem stadium blastocysty. Rewolucja w podręcznikach? Plamki z enzymem CARM regulują ekspresję określonych genów poprzez zatrzymanie części RNA i kontrolowanie eksportu pozostałej puli tych cząstek. Obie funkcje związane są z aktywnością enzymu CARM1, w stosunku do którego wykazano, że ukierunkowuje rozwój komórek na pluripotencjalność, nadając im zdolność przekształcania się do różnych rodzajów komórek. Wyniki badań prowadzonych w ramach tego projektu wskazują, że zaburzenie integralności struktur plamek z enzymem CARM1 zaburza jednocześnie bieg wydarzeń, które muszą nastąpić, by mogła powstać blastocysta. W kolejnym etapie badań naukowcy chcą określić, czy na wczesnych etapach rozwoju mysiego zarodka dochodzi do zatrzymania określonych transkryptów w jądrze, a także czy ten proces może być regulowany przez enzym CARM1 i zawierające go struktury. Jak wyjaśnia dr Hupałowska: „Katalogując transkrypty, których ekspresja i funkcje mogą być regulowane przez architekturę jądra, będziemy w stanie opisać wpływ genów na rozwój i ukierunkowanie dalszej specyfikacji komórek. Badania te z dużym prawdopodobieństwem wpłyną na metody manipulowania zarodkowymi komórkami macierzystymi w celu regulowania ich organizacji i różnicowania, co przełoży się na poszerzenie możliwości terapeutycznych”.
Słowa kluczowe
EMBRYONIC ROSETTES, jądro, mysi zarodek, rozwój, geny, białka, DNA, RNA, ssaczy, zagnieżdżanie, różnicowanie, blastocysta
