Эпигенетическая регуляция ооцита. Геномный импринтинг

Кроме регуляции на уровне транскрипции и трансляции, на экспрессию специфических генов влияют эпигенетические регуляторные механизмы ооцита, сперматозоида и раннего эмбриона. Эта регуляция осуществляется через процесс геномного импринтинга, а также всю молекулярную программу через глобальные изменения степени метилирования и структурного ре-моделирования хроматина. Последнее связано с существенными изменениями архитектоники ядра в процессе роста и созревания ооцита.

Хромосомы живых ооцитов мышей можно наблюдать при использовании культуральной среды, содержащей краситель Hoechst — химическое вещество, образующее хелатные соединения с малой бороздкой ДНК и испускающее синее флюоресцентное излучение при поглощении ультрафиолетовых лучей. Изначально в примордиальных и первичных фолликулах центромеры и околоцентромерный гетерохроматин располагаются на периферии ядра ооцитов. Затем, по мере роста ооцита, они распределяются по всему ядру, впоследствии скапливаясь по периферии ядрышка. Этот перинуклеолярный гетерохроматиновый ободок, или кариосфера, выглядит как яркий ореол вокруг ядрышка.

Несмотря на то что этот ареол связывают с тотальным угнетением транскрипционной активности и высокой готовностью к мейозу и развитию эмбриона, сегодня хорошо известно, что ремоделирование хроматина и угнетение транскрипции — отдельные процессы, регулируемые разными механизмами. Как и в соматических клетках, важную роль в масштабном ремоделировании хроматина больших ооцитов играют гистондеацетилазы, так как их ингибирование приводит к разрушению архитектоники кариосферы и нарушениям конфигурации мейотических хромосом и веретена деления.

Видео: Эпигеномика, РНК и все такое — Андрей Миронов

Другой важный установленный механизм эпигенетической регуляции — контроль активации и угнетения транскрипционной активности через процессы деметилирования и метилирования соответственно. В то время как геном предшественников соматических клеток подвергается реметилированию уже перед гаструляцией к 6,5 дпк, геном предшественников ППК остается деметилированным еще к 12,5 дпк. К 15,5 дпк происходит частичное метилирование, завершающееся к 18,5 дпк. Геном эмбриона инактивен вплоть до двухклеточной стадии развития у мышей (восьмиклеточной у человека), после чего он активируется при помощи тотального деметилирования.

Такие глобальные изменения метилирования следует отличать от Х-инактивации и геномного импринтинга. Если коротко, Х-инактивация — сложный и во многом случайный процесс, при котором одна из Х-хромосом у самок млекопитающих (с генотипом XX) инактивируется, чтобы обеспечить эквивалентное количество Х-сцепленных генов у эмбрионов с женским XX- и мужским XY-генотипом. Инициация этого процесса контролируется локусом, именуемым центром Х-инактивации (Xic), расположенным на Xql3. Этот локус содержит специфический транскрипт Х-инактивации (Xist), на котором записана некодирующая мРНК, покрывающая Х-хромосому в цис-положении, и запускает инактивацию.

Геномный импринтинг

И наконец, более геноспецифичный механизм эпигенетической регуляции — геномный импринтинг, с помощью которого осуществляется предопределенный дифференциальный сайленсинг материнских и отцовских аллелей. В процессе гаметогенеза определенные гены аутосом гиперметилируются (сайленсинг) в зависимости от их родительской принадлежности. Будучи однажды установленными, эти метки (импринты), как предполагают, становятся защищенными от тотального деметилирования генома.

Импринтинг для разных генов может происходить в разное время в процессе оогенеза, сперматогенеза и эмбриогенеза. Зачастую врожденные синдромы и раковые опухоли возникают в результате неэффективного сайленсинга или инактивации аллеля соответствующего родителя.

Механизмы импринтинга — поле для перспективных исследований, особенно необходимых в репродуктологии, так как в последнее время появились сообщения о связи ВРТ с потенциально высоким риском возникновения дефектов импринтинга у эмбрионов. Кроме того, имеются предположения, основанные на моделях мышей, что созревание ооцита и культивирование эмбриона in vitro нарушает процесс импринтинга. Тем не менее статистическая значимость этих исследований сомнительна, так как дефекты импринтинга редки как в общей популяции, так и у детей, зачатых с помощью ВРТ. Следовательно, вопрос о закономерности этой связи остается до сих пор открытым.

Если предположить, что ВРТ достоверно связаны с дефектами импринтинга, следует изучить все возможные причины их появления, включая контролируемую гиперстимуляцию яичников, культивирование эмбрионов и сами клинические состояния, послужившие причиной бесплодия, так как дефекты импринтинга могут сами являться причиной бесплодия. Понятно, что необходимы дальнейшие интенсивные исследования в этой области, которые позволят понять, могут ли таким образом механизмы импринтинга влиять на развитие ВРТ.

Источник: http://meduniver.com