Зародышевые клетки обладают уникальными молекулярными особенностями, которые позволяют им выполнять важную задачу по передаче генетической информации следующему поколению. Считается, что в процессе развития из своего эмбрионального изначального состояния половые клетки перепрограммируются эпигенетической модификацией их ДНК. Однако из-за значительных технических проблем, связанных с эпигенетическим анализом редких клеток, таких как первичные половые клетки, точная природа и влияние таких эпигенетических изменений остаются плохо изученными. Куния Абе, Риеко Икеда и его коллеги из центра биоресурсов RIKEN разработали метод, который позволяет анализировать эпигенетические изменения всего в 100 клетках, что дает новое понимание этих процессов.
Эпигенетические изменения регулируют экспрессию генов без изменения базовой последовательности ДНК. Они включают высокоспецифические химические модификации ДНК и связанных с ДНК белков, которые активируют или деактивируют отдельные или связанные наборы генов. Метилирование ДНК является одним из таких эпигенетических механизмов, и метод, разработанный командой Абэ, представляет собой адаптацию существующего метода анализа на основе микрочипов для обнаружения метилирования ДНК. "Наша модификация современного подхода может быть полезна для фундаментальных исследований, а также для диагностических приложений, когда доступно менее нанограмма геномной ДНК," говорит Эйб.
Используя свой метод на эмбриональных клетках мыши, исследователи сравнили степень, в которой геномная ДНК соматических клеток, стволовых клеток и как мужских, так и женских половых клеток на разных стадиях развития помечена метильными группами. Если посмотреть конкретно на половые клетки (рис. 1), они обнаружили, что большие участки ДНК на Х-хромосоме мужских половых клеток лишены метильных групп. Эти большие «гипометилированные» домены часто включают гены со специфической экспрессией для зародышевых клеток или семенников, в том числе гены раковых антигенов семенников (CTA), которые экспрессируются в мужских половых клетках и раковых клетках, но не в нормальных соматических клетках. Гены в этих областях также экспрессировались, несмотря на наличие модификации гистонов, которая обычно подавляет экспрессию генов.
"Механистическая основа взаимосвязи между гипометилированием и экспрессией генов CTA еще не установлена," говорит Эйб. "Мы подозреваем, что это может быть связано с изменением ядерной архитектуры, контролирующей доступность генов для транскрипционного аппарата."
Абэ также отмечает, что если экспрессия гена CTA действительно способствует онкогенезу, то понимание эпигенетической регуляции этих генов в половых клетках может дать представление о молекулярных событиях, которые вызывают определенные типы рака.