Точное распределение хромосом в ооците необходимо для корректной передачи генетической информации следующему поколению. Исследователи из Университета Кюсю продемонстрировали, что модификация гистонов H3K4me3 в зрелых ооцитах мышей напрямую участвует в стабилизации хромосом и веретена деления и имеет решающее значение для нормального развития ооцитов и последующей эмбриональной компетентности. Результаты опубликованы в Journal of Biological Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.jbc.2025.110308).
Что такое гистоны?
Гистоны — это серия белков, которые помогают упаковывать и конденсировать ДНК внутри ядра клетки. Они также могут подвергаться процессу, называемому модификацией гистонов, когда части белка гистона претерпевают химические и структурные изменения путём добавления или удаления определённых молекул. Модификация гистонов имеет решающее значение для обеспечения доступа клетки к определённым участкам ДНК или для их защиты.
Триметилирование гистона H3 по лизину 4 (H3K4me3)
Триметилирование гистона H3 по лизину 4 (H3K4me3) — это тип модификации гистонов, который обычно происходит во время активной транскрипции генов, когда клетка считывает ген для производства белка. Однако он также присутствует в больших количествах на этапе клеточного цикла ооцита, называемом метафазой II (MII). Ооцит в стадии MII — это стадия непосредственно перед оплодотворением, когда транскрипция генов прекращается.
Профессор Кей Миямото с факультета сельского хозяйства Университета Кюсю, возглавлявший проект, говорит: «Мы были заинтригованы парадоксом, что H3K4me3 в изобилии присутствует в транскрипционно неактивном ооците MII. Мы начали наше исследование с изучения распределения H3K4me3 в ооцитах мыши MII».
Результаты показали, что H3K4me3 в большом количестве накапливается на стороне клеточной мембраны хромосом. Это накопление было обнаружено специфичным для определённых хромосом, таких как Х-хромосомы, и структура актинового колпачка, которая определяет положение хромосом в ооците, вероятно, является причиной, определяющей локализацию H3K4me3.
Затем исследователи изучили функцию H3K4me3 в ооцитах MII. Они искусственно удалили H3K4me3 и обнаружили, что структура веретена, важная для выравнивания и распределения хромосом, была дестабилизирована. Микроскопические наблюдения подтвердили, что веретено было короче, чем обычно.
Более того, было обнаружено нарушение эмбрионального развития, когда ооциты с удалённым H3K4me3 были оплодотворены in vitro. Снижение уровня H3K4me3 также наблюдалось в стареющих ооцитах мышей, что указывает на то, что H3K4me3 может способствовать возрастному снижению качества ооцитов.
Результаты демонстрируют, что H3K4me3 участвует в стабилизации хромосом и веретена деления и имеет решающее значение для нормального развития ооцитов и последующего эмбриогенного потенциала.
«Мы очень воодушевлены нашими новыми результатами. Мы не только раскрыли новую функцию широко изученной системы модификации гистонов, но и открыли дверь для потенциальной мишени для лечения бесплодия и предотвращения выкидышей», — объясняет профессор Миямото. «Мы надеемся глубже изучить механизмы, лежащие в основе ошибок распределения хромосом в ооцитах, и, возможно, найти новые способы лечения бесплодия, нацеленные на модификации гистонов».
Предоставлено Университетом Кюсю (https://phys.org/partners/kyushu-university/)