Naukowcy wyhodowali embrion myszy z dodatkową parą łap w miejscu, gdzie powinny rozwinąć się genitalia. Badania te ujawniły, w jaki sposób zmiany w trójwymiarowej strukturze DNA mogą wpływać na rozwój zarodków.
Badając w jaki sposób układ przestrzenny DNA może wpływać na rozwój embrionalny, naukowcy z Gulbenkian Science Institute w Oeiras w Portugalii wyhodowali embrion myszy z dodatkowymi kończynami w miejscu, w którym powinny znajdować się genitalia. Ale nie było to celowe działanie badaczy. Zarodek rozwinął nieoczekiwane struktury po inaktywowaniu genu odpowiedzialnego za produkcję ważnego dla rozwoju zarodków białka. Badania te mogą dostarczyć kluczowych informacji na temat wczesnych etapów rozwoju.
Opis oraz rezultaty prac ukazały się na łamach pisma „Nature Communications” (DOI: 10.1038/s41467-024-46870-z).
Każdy organizm zaczyna jako malutki zlepek komórek, który stopniowo rozwija niezbędne mu struktury. Wzrost ten wynika ze złożonej sieci instrukcji, nakazujących konkretnym genom włączyć się lub wyłączyć, w zależności od ich dokładnej lokalizacji w organizmie i etapu rozwoju. Z biegiem czasu instrukcje te stają się coraz bardziej szczegółowe. J
Zespół naukowców pod kierunkiem Moisésa Mallo badał Tgfbr1 - białko receptorowe, które jest zaangażowane w wiele aspektów rozwoju embrionalnego. Badacze inaktywowali gen odpowiedzialny za wytwarzanie białka w zarodkach myszy, które znajdowały się mniej więcej w połowie rozwoju, chcąc sprawdzić, jak ta zmiana wpłynie na rozwijający się rdzeń kręgowy.
Ale okazało się, że zmiany dalece wykraczają poza rdzeń kręgowy. Jeden z poddanych bioinżynierii embrionów miał dwie dodatkowe nogi w miejscu, w którym powinny znajdować się jego genitalia. To odkrycie skierowało badania na zupełnie inny tor.
U większości zwierząt zarówno zewnętrzne narządy płciowe (penis lub łechtaczka), jak i tylne kończyny rozwijają się z tych samych pierwotnych struktur. Kiedy badacze przyglądnęli się bliżej sześcionożnej myszy odkryli, że Tgfbr1 kieruje tymi strukturami tak, aby stały się narządami płciowymi lub kończynami. Robi to poprzez zmianę sposobu układania czy fałdowania DNA w komórkach tej struktury. Dezaktywacja białka zmieniła aktywność innych genów, w wyniku czego powstały dodatkowe kończyny, a nie genitalia.
„Nasza praca ujawnia niezwykłą plastyczność tkanek, która może mieć potencjalne konsekwencje dla ewolucji obszaru tylnych kończyn i narządów płciowych i identyfikuje dodatkowy mechanizm aktywności Tgfbr1, który może również przyczyniać się do kontroli innych procesów fizjologicznych lub patologicznych” – podsumowują autorzy badań.
Zespół zamierza teraz zbadać, czy Tgfbr1 i jego krewni mogą zmieniać strukturę DNA w innych układach, jak chociażby nowotwór, oraz czy wpływają na funkcje układu odpornościowego. Pogłębiając wiedzę na ten temat, być może uda się uzyskać kluczowe informacje na temat mechanizmów stojących za różnymi chorobami rozwojowymi.
Źródło: Nature, Science Times, fot. Anastasiia Lozovska et al., Nature Communications, 2024 (CC BY 4.0)
