Sædceller som befrukter eggene er begynnelsen på et nytt liv. Mors og fars genetiske informasjon, som lagrer organismens kroppsstruktur, bindes sammen etter befruktning.
Men på dette tidlige stadiet av livet forblir DNA i en inaktiv tilstand i kjernen. Selv om den første delingen av zygotecellen skjer ved hjelp av morsfaktorer som er lagret i egget, er syntesen av nye embryonale produkter nødvendig for videre utvikling av embryoet, noe som krever eksponering for det embryonale DNA. I en ny studie bekreftet Kikue Tachibana og teamet hennes ved Max Planck Biochemistry Institute, Tyskland, at den universelle pionerfaktoren Nr5a2 aktiverte embryonalt DNA. Resultatene ble publisert online 24. november 2022 i Science-tidsskriftet Science, med artikkeltittelen "Zygotic genome activation by the totipotency pioneer factor Nr5a2".
Livets begynnelse er en fascinerende prosess i biologien. Kvinnelige egg befruktes ved sammensmelting med mannlige sædceller. Fra den første cellen til dette embryoet kan hele organismen utvikle seg. Hvilke molekylære prosesser skjer på DNA til et befruktet egg som gjør det mulig for den befruktede eggcellen å produsere en ny organisme? Sammen studerte Tachibana-teamet dette problemet ved å bruke en musemodell.
Det er kjent at såkalte pionerfaktorer har en tendens til å binde seg til spesifikke områder av inaktivt DNA for å aktivere dem. Å finne ut hva disse pionerfaktorene er i zygoteceller er temaet for denne nye studien.
Tachibana sa: "Kjerneteamet i denne nye studien består av eksperter innen embryologi, biokjemi, bioinformatikk, mikroskopi og genomikk. Sammen var vi i stand til å oppdage ledetråder i genomet, oppdage transkripsjonsfaktoren Nr5a2 og undersøke dens virkningsmekanisme. innenfor og utenfor cellen."
Totipotens pionerfaktor Nr5a2
Pioneer-faktoren har evnen til å binde seg til et tett komprimert DNA. De tilhører en stor familie av transkripsjonsfaktorer. De binder seg til spesifikke sekvensmønstre på DNA for å transkribere gensekvensene.
Imre Gaspar, medforfatter av artikkelen og en ekspert ved Max Planck Institute of Biochemistry, forklarte: "Vi fant vanlige sekvensmønstre for de tidlige mRNA-molekylene produsert i embryoet og var i stand til å finne flere sekvensmotiver. Sekvensmotivene vi fant er nær hverandre, og danner et såkalt supermotiv (supermotiv).Dette nyoppdagede supermotivet ligner det kjente sekvensmotivet SINE B1-elementet og har et veldig nært forhold til de høyt konserverte ALU-elementene i det menneskelige genomet. også kjent som 'hoppgener' fordi de kan bevege seg fra ett sted i genomet til et annet på visse cellulære stadier (som det tidlige embryoet)."
Nr5a2 binder seg til dette supermotivet. Johanna Gassler, medforfatter av artikkelen og embryolog ved Max Planck Biochemical Research Institute, sa: "Initialt ble Nr5a2 funnet i leveren. Innenfor utviklingsbiologi er Nr5a2 kjent for å være viktig i de senere stadiene av embryoimplantasjon. Akkurat hvor viktig Nr5a2 er etter befruktning er ukjent. I våre eksperimenter kunne vi finne at når Nr5a2 er blokkert, produseres ikke lenger de fleste tidlige embryonale mRNA-molekyler. Videre ble videreutviklingen av embryoet også hemmet . Dette tyder på at Nr5a2 spiller en sentral rolle i de tidligste stadiene av embryonal utvikling."
Ved å bruke de nyeste biokjemiske og genomiske tilnærmingene, testet disse forfatterne hvordan Nr5a2 fungerer i tidlig utvikling. Wataru Kobayashi, med-førsteforfatter av artikkelen og biokjemiker ved Max Planck Institute for Biochemistry, forklarte: "Vi bekreftet eksperimentelt at Nr5a2 kan åpne opp inaktive DNA-regioner, noe som gjør flere DNA-regioner tilgjengelige for påfølgende transkripsjonsprosesser." genomet aktiveres i et tocellet stadium, og embryoet utvikler seg til slutt til en fullstendig dynamisk organisme.
Tachibana sa: "Å finne Nr5a2 som en nøkkelfaktor som driver genomaktivering er et viktig skritt mot å oppnå en mekanistisk forståelse av livets begynnelse. Det er også klart at det må være andre tilretteleggere som kan identifiseres. Så langt gir studien vår en konseptuell rammeverk som kan forklare hvordan transkripsjonsaktivering skjer robust i tidlige embryoer for å sikre embryonal utvikling som en intakt organisme.
