Ученые раскрыли механизм активации генов в эмбрионах рыб

Эмбрионы рыбы через 34 часа после оплодотворения в период активации зиготического генома. Исследователь RIKEN и его коллега определили механизм экспрессии генов на этой стадии. Автор: RIKEN

Исследователь из японского института RIKEN и его коллега выявили, как происходит экспрессия генов в эмбрионах рыб, когда они впервые начинают использовать собственный генетический материал. Если те же механизмы применимы к людям, это может пролить свет на проблемы развития.

Статья опубликована в журнале Nature Communications.

После оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом, зигота изначально полагается на белки и РНК, полученные от матери. Но после нескольких клеточных делений происходит критический переход, и эмбрион переключается на использование собственного генома для управления развитием.

Этот переход, известный как активация зиготического генома (ZGA), сопровождается всплеском генетической активности.

«В отличие от нормальной транскрипции ДНК в типичных клетках, более 1000 генов одновременно активируются всего за несколько часов во время ZGA у немлекопитающих видов, — объясняет Хирото Фукусима из Центра интегративных медицинских наук RIKEN. — Это подразумевает, что транскрипция во время ZGA протекает уникальным образом, но регулирующие её механизмы до сих пор не были идентифицированы».

Модификации гистонов и активация генов

Один из способов модификации генома эмбрионов во время ZGA — химические изменения четырех различных белков, из которых состоят гистоны — белковые катушки, вокруг которых обернута ДНК. Такие модификации гистонов могут включать или выключать экспрессию определенных генов. Однако их роль в ZGA до сих пор не была полностью выяснена.

Модель: согласованное действие множественных модификаций гистонов во время ZGA в эмбрионах костистых рыб. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60246-x

Интерес Фукусимы к этому вопросу возник случайно. «Пока я объяснял студенту бакалавриата несвязанную тему, я был очень удивлен, обнаружив, что активная модификация гистона H3K27ac сильно накапливается именно во время ZGA, — вспоминает он. — Сначала я подумал, что это артефакт, но это оказалось воспроизводимым».

Ранее подобное сильное обогащение модификацией гистонов наблюдалось только во время производства сперматозоидов. Это заставило Фукусиму задуматься, не является ли исключительное накопление H3K27ac важным для уникальной природы транскрипции во время ZGA.

Ключевые открытия в эмбрионах рыб

Фукусима и Хироюки Такэда из Университета Киото Сангё всесторонне изучили роли модификаций гистонов в эмбрионах рыбок данио-рерио и японской медаки.

Дуэт обнаружил, что H3K27ac и другая модификация гистона, H3.3S31ph, активируют гены развития во время ZGA, модулируя активность РНК-полимеразы.

«Функция H3.3S31ph во время ZGA особенно значима, — говорит Фукусима. — Известно, что она участвует в регуляции клеточного цикла, а цикл резко замедляется после ZGA у немлекопитающих видов».

Исследователи обнаружили, что по крайней мере шесть модификаций гистонов координируются для регуляции ZGA. Они также выяснили, что гены развития — те, что играют ключевые роли в развитии, — и гены «домашнего хозяйства», необходимые для нормальных клеточных функций, активируются разными активными модификациями гистонов.

Результаты подтверждают особую природу ZGA. «Как мы и ожидали, наши данные указывают на то, что активация генов во время ZGA происходит уникальным образом», — говорит Фукусима.

Исследование механизмов активации генома на самых ранних стадиях развития имеет фундаментальное значение для биологии. Понимание этих процессов может помочь в разработке новых подходов в репродуктивной медицине и в изучении причин некоторых врожденных заболеваний.

Больше информации: Hiroto S. Fukushima et al, Coordinated action of multiple active histone modifications shapes the zygotic genome activation in teleost embryos, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60246-x

Источник: RIKEN