Når et egg befruktes starter en omfattende utviklingsprosess. Når en sædcelle og en eggcelle smelter sammen ved befruktning, vil far og mors genmateriale kombineres i det nydannede embryoet.

Hos mennesker er embryoets egne gener inaktive de første to-tre dagene, og utviklingen styres utelukkende av proteiner og andre molekyler inne i egget.

Man har lenge vært klar over at proteiner i egget har stor betydning for utviklingen i denne fasen, men akkurat hvilke faktorer som regulerer embryoets gener har hittil vært ukjent.

En ny studie publisert i tidsskriftet Developmental Cell viser nå at reguleringen skjer ved at spesielle proteiner som binder DNA-et i tidlig utviklingsfase, merker eller pre-programmerer genene før de på et senere tidspunkt aktiveres i embryoet.

Nytt konsept om pre-programmering

– Proteinene kalles histoner. De er modifisert på ulikt vis og forteller på denne måten hvilke gener i embryoet som blir uttrykt etter at embryoet skrur på sitt eget utviklingsprogram, sier professor Philippe Collas ved Universitetet i Oslo.

Collas’ forskningsgruppe har sammen med kolleger fra Norges veterinærhøgskole, Universitetet i Birmingham og Genome Institute of Singapore funnet ut hva slags ”programmeringskode” histonproteinene legger på genene før, under og etter at de enten hemmes eller aktiveres i embryoet.

Og med dette er et nytt konsept lansert: Aktiveringen av gener som er viktig for videre embryoutvikling er pre-programmert – før noen form for genaktivering i det hele tatt har skjedd.

Betyr far mer enn man har trodd?

Collas sier at det er viktig å forstå omstendighetene rundt hans og kollegenes funn.

– Samtidig som vi forsket på dette fant andre forskere ut at også sperm inneholder slike modifiserte histoner. Det gjør at vi nå kan vi legge to og to sammen, og foreslå at genene fra far har mer å si for embryoets utvikling enn tidligere antatt.

– Instruksjonene for embryoets utvikling kan bestemmes allerede i både sperm og egg, og overføres til embryoet ved befruktning, sier Collas og fortsetter:

– Bakgrunnen for at vi kan si dette er fordi vi finner igjen flere av de samme type pre-programmerte genene i sperm også i embryoet, etter at arvestoffet fra mor og far har smeltet sammen.

– Hvorvidt denne pre-programmeringenen av utvikling har blitt overført direkte fra sperm og inn i embryoet, eller om det har skjedd en prosess hvor disse instruksjonene har blitt slettet og påskrevet på nytt, vet vi imidlertid ennå ikke, sier han.

Zebrafisken gir svar

Forskningsresultatene baserer seg på undersøkelser av embryoer i zebrafisk. Denne fisken ble benyttet fordi den etter befruktning har en tre timer lang tidsperiode med flere celledelinger før embryoets gener slås på.

Til sammenligning varer denne perioden to til tre dager hos mennesker.

– Denne perioden gir oss en fantastisk mulighet for å undersøke hvordan embryoet forbereder seg til videre utvikling, forteller Collas.

Konseptet om histonenes pre-programmering av genuttrykk kan spille en viktig rolle i videre forskning på stamceller og forståelsen av sykdomsutvikling.

– Ved å vite når pre-progammeringen finner sted etter befruktning kan vi forske videre på mekanismer og se hvordan utviklingen påvirkes når man blokkerer deler av prosessen.

– Kunnskap om dette vil i fremtiden kunne påvirke hvordan man ser på stamcelledifferensiering, forsterutvikling, aldringsprossessen og sykdomsutvikling, sier Collas.

Referanse:

Lindeman m.fl.: Prepatterning of Developmental Gene Expression by Modified Histones before Zygotic Genome Activation, Developmental Cell, 01 December 2011, doi: 10.1016/j.devcel.2011.10.008.