ยีนจำนวนน้อยทำให้เกิดการพัฒนาของตัวอ่อน

มนุษย์แตกต่างจากหนูในช่วงวันแรกหลังการปฏิสนธิ การศึกษาแนะนำ

ในวันแรกหลังจากที่ไข่ได้รับการปฏิสนธิ การเปลี่ยนยีนที่สำคัญสองสามตัวจะช่วยเร่งการพัฒนาของตัวอ่อนมนุษย์ การศึกษาใหม่สองชิ้นแนะนำ

การวิจัยพบว่ารูปแบบการจุดระเบิดนั้นแตกต่างจากรูปแบบที่กระตุ้นตัวอ่อนของหนูในระยะแรก

งานวิจัยชิ้นหนึ่งที่จะเผยแพร่ออนไลน์ในวันที่ 11 กันยายนในNature Communicationsพบว่ายีนจำนวนน้อยกว่าที่เชื่อกันก่อนหน้านี้มากทำหน้าที่เป็นสวิตช์จุดระเบิดสำหรับการพัฒนาตัวอ่อนของมนุษย์

การศึกษาครั้งที่สองโดยกลุ่มวิจัยที่แตกต่างกันได้ติดตามการพัฒนาตัวอ่อนของมนุษย์และหนูจากไข่ที่ปฏิสนธิไปจนถึงประมาณหกวันต่อมา ก่อนที่ตัวอ่อนจะฝังในผนังมดลูก นักวิจัยรายงานออนไลน์ในวันที่ 20 สิงหาคมใน เรื่อง การพัฒนาระยะเวลาและโปรแกรมพันธุกรรมบางอย่างในระหว่างการพัฒนาแตกต่างกันไป

Janet Rossant นักชีววิทยาด้านพัฒนาการที่ Hospital for Sick Children และ University of Toronto ให้ข้อมูลว่า การเจาะลึกถึงเหตุการณ์ของตัวอ่อนในระยะแรกอาจช่วยให้นักวิจัยมีข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับภาวะมีบุตรยากและพัฒนาการของมนุษย์ เธอไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาอย่างใดอย่างหนึ่ง Rossant กล่าวว่า “เรามีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการพัฒนาเมาส์ในช่วงแรกๆ เหล่านี้ แต่เมื่อเราเริ่มมองที่มนุษย์ สิ่งเหล่านี้แตกต่างกันมาก”

ตัวอ่อนของมนุษย์และตัวอ่อนของเมาส์มีลักษณะผิวเผินเหมือนกันในระยะเริ่มต้นของการพัฒนา ทั้งสองพัฒนามาจากไข่ที่ปฏิสนธิหรือตัวอ่อน มันแบ่งออกเป็นสองเซลล์ จากนั้นสี่ แปด 16 และอื่นๆ Juha Kere นักชีววิทยาระดับโมเลกุลจากสถาบัน Karolinska ในเมือง Huddinge ประเทศสวีเดน กล่าวว่า ใต้ผิวน้ำนั้น “มีความแตกต่างอย่างมากในการพัฒนาสายพันธุ์ในช่วงแรก” Kere และเพื่อนร่วมงานตรวจสอบ RNA ในเซลล์เดียวจากตัวอ่อนมนุษย์ 300 ตัว คู่รักที่ได้รับการปฏิสนธินอกร่างกายได้บริจาคตัวอ่อนเพื่อการวิจัย  

เมื่อยีนทำงาน คำสั่งดีเอ็นเอของยีนจะถูกคัดลอกไปยังอาร์เอ็นเอ กลุ่มของ Kere ใช้เทคนิคที่เรียกว่าการจัดลำดับอาร์เอ็นเอเพื่อระบุยีนที่เปิดและปิดในตัวอ่อนและตัวอ่อนในระยะสี่และแปดเซลล์ เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดการพัฒนาของตัวอ่อนจึงแตกต่างกันในระดับโมเลกุลระหว่างสปีชีส์ Kere กล่าวว่า: ยีนจำนวนมากที่ทำงานในช่วงต้นของการพัฒนาตัวอ่อนของมนุษย์ไม่มีอยู่ในสัตว์ฟันแทะ

ในระยะสี่เซลล์ของการพัฒนามนุษย์ 

ยีน 32 ตัวจะทำงาน 129 เพิ่มพลังที่สเตจแปดเซลล์ Kere และเพื่อนร่วมงานรายงาน นั่นน้อยกว่ายีนมากกว่า 2,000 ตัวที่เคยรายงานก่อนหน้านี้ว่าทำงานในตัวอ่อนระยะแรก Kere และเพื่อนร่วมงานใช้เทคนิคใหม่ในการวัดปริมาณ RNA ที่แม่นยำกว่าวิธีอื่นในการประมาณปริมาณ RNA Kere กล่าว

Rossant กล่าวว่าเธอจะแปลกใจถ้ายีนเพียงไม่กี่ตัวกระตุ้นการพัฒนาของตัวอ่อน แต่เธอไม่สงสัยเลยว่ายีนที่ระบุกลุ่มของ Kere นั้นเกี่ยวข้อง “เป็นไปได้ว่าสิ่งที่พวกเขาดึงออกมาที่ด้านบนของกองจะมีความสำคัญ” เธอกล่าว

ยีนจำนวนมากเข้ารหัสโปรตีนที่เรียกว่า PRD-like homeodomain transcription factors ปัจจัยการถอดรหัสของ Homeodomain คือโปรตีนที่ยึดกับ DNA ที่ยืดออกและเปิดใช้งานยีน โปรตีนดังกล่าวเป็นที่รู้จักสำหรับการวางแผนร่างกายในสิ่งมีชีวิตรวมทั้งมนุษย์ แต่โปรตีนของสายพันธุ์คล้าย PRD นั้นยังไม่เป็นที่รู้จัก และนักวิจัยคงไม่อาจคาดเดาได้ว่าพวกมันจะเป็นกุญแจสำคัญในการเริ่มต้นมอเตอร์ของตัวอ่อน Kere กล่าว

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่ายีนทั้ง 32 ยีนนั้นมีจริงหรือไม่ โปรแกรมคอมพิวเตอร์ทำนายว่าพวกเขาเข้ารหัสโปรตีน แต่ก่อนหน้านี้นักวิจัยไม่เคยพบ RNA หรือโปรตีนที่ผลิตจากพวกมันในเนื้อเยื่อของมนุษย์อื่น ๆ Kere คาดการณ์ว่ายีนจะถูกเปิดใช้งานเฉพาะในช่วงแรก ๆ เหล่านี้เท่านั้นและจะไม่เกิดขึ้นอีก พวกมันทำงานเหมือนระบบจุดระเบิดของรถยนต์ เขากล่าว “พวกมันถูกใช้ในตอนเริ่มต้นเท่านั้นเพื่อเริ่มตัวอ่อน เมื่อคุณเริ่มต้นกระบวนการแล้ว คุณไม่จำเป็นต้องมียีนเหล่านี้อีกต่อไป”

ยังมียีนอื่นๆ รวมทั้งยีนบางชนิดที่ใช้ในการปรับโปรแกรมเซลล์ของผู้ใหญ่ให้กลายเป็นเซลล์ที่มีลักษณะเหมือนตัวอ่อน ทำงานแตกต่างกันในหนูและตัวอ่อนของมนุษย์ Kathy Niakan นักชีววิทยาด้านการพัฒนาจากสถาบัน Francis Crick ในลอนดอน และเพื่อนร่วมงานรายงานในDevelopment ทีมงานของเธอยังได้จัดลำดับ RNA จากเซลล์ตัวอ่อนเดี่ยวเพื่อตรวจสอบว่ายีนทำงานเมื่อใด Niakan กล่าว ตัวอ่อนจากทั้งสองสายพันธุ์มีความคล้ายคลึงกันมาก แต่นักวิจัยยังพบความแตกต่างมากมาย รวมทั้งเวลา

ตัวอย่างเช่น ยีนที่เรียกว่าPOU5F1จะทำงานในตัวอ่อนของมนุษย์โดยเริ่มต้นที่ระยะแปดเซลล์ ในตัวอ่อนของเมาส์ ยีนจะทำงานในไซโกต RNA ของมันลดลงอย่างมากมาย แต่จะเพิ่มขึ้นอีกครั้งที่ระยะแปดเซลล์ นักวิจัยค้นพบว่ายีนดังกล่าวสามารถทำงานร่วมกับพันธมิตรที่แตกต่างกันในหนูและตัวอ่อนของมนุษย์

กลุ่มของ Niakan ยังตรวจสอบตัวอ่อนในระยะบลาสโตซิสต์ ประมาณหกถึงเจ็ดวันหลังการปฏิสนธิและก่อนการฝังตัวของตัวอ่อนในมดลูก บลาสโตซิสต์เป็นเซลล์กลวงๆ ที่ล้อมรอบกลุ่มเซลล์ที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งเรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน เซลล์ชั้นนอกของลูกบอลจะช่วยสร้างรกในขณะที่เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนภายในจะก่อให้เกิดเซลล์ประเภทอื่นๆ ในร่างกาย นักวิจัยค้นพบว่าโปรตีนการสื่อสารระหว่างเซลล์ถึงเซลล์ที่เรียกว่า TGF-beta ช่วยให้เซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนของมนุษย์มีความยืดหยุ่นหรือมีพลูริโพเทนต์ และสามารถผลิตเซลล์ชนิดใดก็ได้ ทีมงานพบว่าโปรตีนนั้นไม่ได้มีความสำคัญต่อตัวอ่อนของเมาส์มากนัก