IVF دقیق نحوه تغییر ژنوم جنین موش را ردیابی می کند
یک مطالعه جدید از EMBL Rome نشان می دهد که چگونه جنین ها به طور دقیق فعالیت ژن را در طول تکامل اولیه هماهنگ می کنند. این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.
توسط Rossana De Lorenzi، آزمایشگاه بیولوژی مولکولی اروپا
ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan
این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:
یک مطالعه جدید از EMBL Rome نشان می دهد که چگونه جنین ها به طور دقیق فعالیت ژن را در طول تکامل اولیه هماهنگ می کنند. این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.
مدت کوتاهی پس از لقاح، جنین تازه تشکیل شده با یک چالش قابل توجه روبرو می شود: باید از تکیه بر مولکول های عرضه شده توسط مادر به استفاده از ژنوم خود تغییر مسیر دهد. این فرآیند که به عنوان فعال سازی ژنوم جنینی (EGA) شناخته می شود، یکی از اولین و مهم ترین مراحل توسعه است.
EGA در سیستم های مدل مانند مگس میوه و گورخرماهی به طور مفصل مورد مطالعه قرار گرفته است. با این حال، داده های پستانداران نسبتا کمیاب است. این به این دلیل است که دسترسی به جنین پستانداران دشوار است و تجزیه و تحلیل منظم آن در طول زمان دشوار است.
محققان گروه Ana Boskovic در EMBL Rome یک پروتکل دقیق لقاح آزمایشگاهی (IVF) در موش‌ها برای کنترل دقیق زمان لقاح ایجاد کردند. آنها این تکنیک را با تجزیه و تحلیل فعالیت ژن در جنین های منفرد در چند نقطه زمانی در طول تکامل اولیه ترکیب کردند. این به آنها اجازه داد تا دید بی‌سابقه‌ای با وضوح بالا از فعال‌سازی ژنوم جنینی به دست آورند.
این کار نشان می‌دهد که حتی جنین‌هایی که به نظر یکسان هستند، بسته به تفاوت‌های جزئی در زمان‌بندی رشدشان (زمان پس از لقاح) می‌توانند دارای مناظر RNA بسیار متفاوتی باشند. علاوه بر این، این مطالعه منبع جامعی را ارائه می‌کند که جزئیات تغییرات بیان ژن تدریجی را که در طول فعال‌سازی ژنوم جنینی رخ می‌دهد، ارائه می‌کند.
این تیم جنین ها را در یک دوره 9 ساعته دنبال کردند و تغییرات گسترده ای در فعالیت ژنی آن ها یافتند. با فعال شدن فزاینده ژنوم خود جنین، RNA به ارث رسیده از مادر به تدریج تخلیه شد. این تغییر از مواد مادری به مولکول های مشتق شده از جنین با افزایش فعال شدن ژن های دخیل در فرآیندهایی مانند تولید RNA، سنتز پروتئین و ساخت ریبوزوم مشخص شد.
در همان زمان، جنین اولیه دستخوش تغییرات گسترده ای در اپی ژنوم خود می شود - سیستمی که به کنترل روشن یا خاموش شدن ژن ها کمک می کند و سطح بیان آنها را تعدیل می کند. اینها شامل تنظیم مجدد برچسب های شیمیایی بر روی پروتئین هایی به نام هیستون، و همچنین حذف و بازسازی الگوهای متیلاسیون DNA، کمک به تنظیم ژن در طول EGA است.
با این حال، از آنجایی که بسیاری از تغییرات به طور همزمان رخ می دهند، تعیین اینکه کدام یک به طور مستقیم در فعال شدن ژنوم نقش دارند دشوار است.
جاسمینا الموسوی، دکترای سابق، گفت: «ما به ویژه به اصلاح شیمیایی پروتئین های هیستونی به نام H3K4me3 علاقه مند بودیم. دانشجوی گروه Boskovic و نویسنده اصلی این نشریه.
"تحقیقات قبلی نشان داده بود که به ارث بردن الگوهای خاصی از این اصلاح از مادر ممکن است به حفظ ژن‌ها کمک کند. با استفاده از روش IVF دقیق ما، می‌توانیم ببینیم که این اصلاح همزمان با فعال شدن ژنوم حذف می‌شود. بنابراین ما علاقه‌مند بودیم که آیا این فرآیندها به طور علی با هم مرتبط هستند."
برای آزمایش این ایده، محققان فعالیت آنزیمی را افزایش دادند که H3K4me3 را از هیستون ها حذف می کند. این باعث شد که اصلاح زودتر از حد معمول حذف شود.
با کمال تعجب، حذف اولیه H3K4me3 تنها تأثیر متوسطی بر فعالیت ژن داشت و باعث نشد که ژنوم جنین زودتر روشن شود. جنین‌هایی که H3K4me3 حذف شده بودند، از طریق فعال‌سازی ژنوم جنینی ادامه یافتند و با سرعت‌های قابل مقایسه با جنین‌های کنترل به بلاستوسیست تبدیل شدند.
این مشاهدات حاکی از آن است که وجود این اصلاح هیستون خاص روی ژنوم، ویژگی مولکولی نیست که ژنوم را ساکت نگه می‌دارد.
بوسکوویچ گفت: «یکی از مهم‌ترین یافته‌ها این است که جنین اولیه تا چه حد در برابر اختلالات انعطاف‌پذیر است. حتی زمانی که یک اصلاح کروماتین فراوان به‌طور زودهنگام حذف شد، جنین‌ها همچنان می‌توانستند از طریق این انتقال حیاتی رشدی بدون پیامدهای نامطلوب پیشروی کنند.»
مجموعه داده‌های دقیق حاصل از این مطالعه، چارچوب مفیدی برای درک مراحل اولیه رشد پستانداران و بررسی چگونگی تأثیر تغییرات در اپی ژنوم جنینی بر رشد و در نهایت فنوتیپ فراهم می‌کند.
این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که تنظیم ژن در جنین‌های اولیه چقدر انعطاف‌پذیر است و می‌تواند الهام‌بخش باشد و محققان را قادر به ارزیابی دقیق تأثیر کمی اختلالات مختلف بر روند فعال‌سازی ژنوم کند.
این یافته‌ها با هم به تصویر پیچیده‌تری از اولین لحظات رشد جنین اشاره می‌کنند که در آن ژنوم از طریق یک فرآیند هماهنگ و انعطاف‌پذیر به جای یک محرک مولکولی روشن می‌شود.
Jasmina Al-Mousawi و همکاران، نقشه‌برداری با وضوح بالا از فعال‌سازی ژنوم جنینی، جداسازی فعال‌سازی رونویسی از حذف زودرس H3K4me3، Science Advances (2026) را نشان می‌دهد. DOI: 10.1126/sciadv.aec9545
ارائه شده توسط آزمایشگاه بیولوژی مولکولی اروپا
کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →
لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →
متن اصلی (انگلیسی)
Precision IVF tracks how mouse embryos switch on their genome
A new study from EMBL Rome shows how embryos precisely coordinate gene activity during early development. The research is published in the journal Science Advances.