В исследованиях изучается, что происходит в процессе производства яйцеклеток (ооцитов), которые позже становятся эмбрионами при оплодотворении. От 10 до 25 процентов человеческих эмбрионов содержат неправильное количество хромосом, потому что яйцеклетка не делилась должным образом, что является проблемой, присущей только яйцеклеткам.Эти ошибки являются основной причиной выкидышей и врожденных дефектов, таких как синдром Дауна, и частота этих ошибок резко возрастает с возрастом женщин.
Понимание того, почему яйцеклетки более подвержены этой ошибке деления, имеет решающее значение, учитывая, что женщины все чаще предпочитают создавать семьи в более старшем возрасте.Первое исследование, опубликованное в марте в Journal of Cell Biology, показало, что ооциты используют инновационную стратегию для обнаружения и предотвращения ошибок во время деления клеток, в то время как второе исследование, опубликованное 26 сентября в PLOS Genetics, выявило новые белки, необходимые для клетки. -деление и обнаружил, что резервный белок срабатывает, когда деление не помогает гарантировать, что эмбрион получает правильное количество хромосом.«Взятые вместе, эти два исследования показали нам, насколько сильно отличаются яйцеклетки от клеток любого другого типа, что может пролить новый важный свет на то, почему репродуктивный процесс может быть настолько подвержен ошибкам», — сказала старший автор Сэди Виньялл, доцент молекулярных биологических наук в Северо-Западном колледже искусств и наук Вайнберга. «Решение этой загадки было бы первым шагом к продлению плодородных лет женщины».Виньял исследует структуру, называемую веретеном, сложную структуру в форме футбольного мяча, которая физически разделяет хромосомы во время деления клеток.
В большинстве клеток структуры, называемые центросомами, помогают организовать веретено, гарантируя, что оно может точно разделить хромосомы для отправки правильного количества хромосом в каждую вновь разделенную клетку. Однако веретено яйцеклетки лишено центросом. Этот «ацентросомный» процесс мало изучен по сравнению с другими типами деления клеток, что приводит к важным безответным вопросам о том, почему он гораздо более подвержен ошибкам при делении.
В исследовании, опубликованном в сентябре, Уигнал и ее команда обнаружили, что в отсутствие центросом два белка — KLP-15 и KLP-16 — необходимы для деления клеток. Исследователи выбили эти два белка и обнаружили, что вместо того, чтобы сформировать нормальное веретено в форме футбольного мяча, структура веретена превратилась в беспорядочный круглый шар.
К их большому удивлению, несмотря на этот ранний дефект, затем вмешался резервный белок и помог разделить хромосомы на двух концах клетки.«Мы были удивлены, обнаружив, что этот белок пришел на помощь и работал в качестве резервной копии для правильной организации веретена», — сказал Виньялл.Остается вопрос, почему от 10 до 25 процентов эмбрионов все еще оказываются нежизнеспособными, если в ооцитах существует этот резервный процесс. Одна из теорий, сказал Уигнал, заключается в том, что этот резервный белок изменяется или истощается с возрастом женщины.
«Хотя эти основные клеточные механизмы трудно понять, они напрямую влияют на женское воспроизводство и бесплодие», — сказал Виньялл. «Моя лаборатория занимается этим в надежде, что однажды наше исследование поможет людям, испытывающим проблемы с фертильностью, в клиниках по экстракорпоральному оплодотворению».Виньял проводит свои исследования ооцитов с помощью маленьких червей, называемых C. elegans, поскольку они являются мощным исследовательским организмом для генетических исследований.
Тем не менее, ее лаборатория также основывается на этих выводах для проведения параллельных исследований на мышах в сотрудничестве с Терезой Вудрафф, ученым-репродуктологом и директором Исследовательского института женского здоровья в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета. Следующим шагом будет изучение этих механизмов в человеческих ооцитах.Аманда С. Дэвис-Рока, аспирантка лаборатории Виньялла, была первым автором исследования, опубликованного в марте: «Ооциты Caenorhabditis elegans обнаруживают мейотические ошибки в отсутствие канонических концевых кинетохор».
Тимоти Дж. Маллен, еще один аспирант лаборатории Виньялла, был первым автором исследования, опубликованного в сентябре: «Взаимодействие между объединением микротрубочек и факторами сортировки обеспечивает стабильность ацентриолярного веретена во время мейоза ооцитов C. elegans».
Финансирование этого исследования было предоставлено Фондом исследований рака Дэймона Руньона и Фондом врожденных дефектов March of Dimes (номер гранта № 5-FY13-197).