Цикл развития эмбриона, видимый снаружи, всем известен: оплодотворенная яйцеклетка делится надвое, а потом еще и еще, пока на третий день существования зародыш не состоит в итоге из восьми клеток. Хотя если говорить точнее, поначалу идет процесс все-таки не деления, а дробления в силу неизменности размера первых клеток – то есть бластомеры в составе яйцеклетки не увеличиваются в размере.
Но как именно происходит и регулируется рост зародыша в первые этапы его жизни? Изначально процессами дробления и деления управляют матричные РНК, которые содержались в яйцеклетке до ее оплодотворения. Тем не менее, собственная ДНК зародыша активируется довольно быстро, и в зависимости от качества и порядка ее работы определяются индивидуальные особенности будущего организма.
Всего в человеческой ДНК насчитывается около 23 000 генов, и вплоть до настоящего времени о том, какие из них регулируют развитие зародыша в первые дни его существования, было практически ничего не известно. Однако прогресс не стоит на месте, и исследователи института Каролины сделали большой шаг в разработке этой проблемы. Материалы их работы скоро будут описаны в журнале «Nature Communications». Ученые смогли посчитать гены, которые начинают регулировать производство белка на ранних этапах развития эмбриона: на второй день их 32, а к формированию бластоцисты уже 129, и семь из них ранее в принципе не были исследованы.
Большая часть этих генов, как и полагается, кодирует белки, но кое-какие из них относятся к так называемым мусорным последовательностям. Ученым на данный момент неизвестны функции немалого числа фрагментов цепочки ДНК, и даже кажется, что они непригодны для обеспечения нормальной работы клетки. В частности бесполезными ранее были признаны протяженные повторяющиеся фрагменты, которые когда-то были мобильными генетическими элементами, или ретротранспозонами. Они могут перемещаться внутри генома, копируя себя в различные участки хромосом.
Копии ретротранспозонов могут навредить функционированию всего человеческого организма: попадая в важный ген, они изменяют его «программу», в результате чего синтезируется не белок, а нечто совершенно новое и непонятное. Поэтому в большинстве случаев мобильные генетические элементы клеткой «усыпляются», а наукой довольно долгое время называются мусорными.
Тем не менее, в последнее время в свет выходят публикации, в которых ретротранспозоны избавляются от определения, подчеркивающего их бесполезность. Так, теперешнее исследование показало, что взаимодействие ДНК ретротранспонзонов с ранними белками определяют развитие человеческого зародыша, и именно на его основе начинаются дальнейшие этапы эмбриогенеза. И это открытие имеет большое значение как научное, так и практическое: чем дальше ученые раскрывают тайны раннего развития человека, тем больше шансы быстрее научиться искусственно производить стволовые клетки, по структуре не отличающиеся от натуральных, и, возможно, лечить болезни, вызываемые аномалиями эмбрионального развития.
