Клеточная скученность в эмбрионах дрозофилы запускает критическую реорганизацию ДНК
После оплодотворения эмбрионы проходят через быстрые клеточные деления, прежде чем замедлиться для формирования специализированных клеток. Сигналы, запускающие этот переход, оставались загадкой.
В новом исследовании, опубликованном в EMBO Reports, биологи из Дартмута на примере плодовых мушек показали, как эмбрионы определяют время для реорганизации своей ДНК и активации собственных генов.
«Способ упаковки ДНК резко меняется в самом раннем эмбрионе при переходе от материнского контроля к транскрипции собственных генов, — говорит старший автор Аманда Амодео. — Мы показали, что это изменение связано с ядерно-цитоплазматическим соотношением эмбриона».
Эмбрионы дрозофилы берут контроль над своим развитием после 13 раундов быстрых синхронных клеточных делений. К этому моменту в пространстве, изначально содержавшем одно ядро, находится более 6000 ядер.
Исследователи предположили, что белки гистоны могут играть роль в координации этого перехода. ДНК оборачивается вокруг комплексов гистоновых белков. Предыдущие работы показали, что специфические гистоны связаны с активацией генов во взрослых клетках, но их роль в эмбриональном развитии была неизвестна.
Ранее Амодео показала, что когда эмбрионы «ощущают», что их ДНК достигла критического порога после многократного удвоения, они заменяют гистон H3 на вариант H3.3. Поскольку H3.3 ассоциирован с активацией генов, эта переупаковка может способствовать переходу эмбриона к следующей фазе развития.
«Хотя они различаются всего на четыре аминокислоты, H3 и H3.3 имеют очень разные функции, — говорит первый автор статьи Ануша Бхатт. — H3 — это основной гистон для копирования генома. Но H3.3 используется в специфических областях генома, где необходимо транскрибировать много генов».
Используя флуоресцентно меченые гистоны, исследователи показали, что количество H3, связанного с ДНК эмбриона, уменьшается с каждым клеточным делением, а количество H3.3 увеличивается.
Переключение с H3 на H3.3 запускается, когда эмбрионы «ощущают» скученность ядер. В эмбрионах с нарушенным равномерным распределением ядер более скученные регионы показали более высокий уровень включения H3.3, тогда как в нескученных регионах замена H3 на H3.3 не происходила.
В будущих исследованиях команда планирует изучить, где именно в геноме включается H3.3 в начальных циклах и какие гены он активирует.