Wissenschaftler, die Genaktivitätsdaten des frühen menschlichen Embryos untersuchen, haben im Rahmen eines Qualitätskontrollprozesses zum Schutz des sich entwickelnden Fötus einen übersehenen Zelltyp entdeckt, der sich innerhalb weniger Tage nach seiner Entstehung selbst zerstört. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, was in den allerersten Lebensabschnitten nach der Befruchtung passiert, was in Zukunft dazu beitragen könnte, IVF- oder regenerative medizinische Behandlungen zu verbessern.
Eine neue Studie veröffentlicht am 20. Juni 2023 in PLoS-Biologie Eine Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams, zu dem auch Forscher der University of Bath gehören, kommt zu dem Ergebnis, dass unsere früheste Entwicklung im Mutterleib möglicherweise ganz anders verläuft, als wir immer angenommen haben.
Während erwachsene Menschen aus Billionen von Zellen bestehen, waren wir alle anfangs nur eine einzige Zelle, die befruchtete Eizelle. Dies teilt sich in zwei Zellen, die sich wiederum in vier teilen, aus denen dann acht werden und so weiter. Irgendwann spezialisieren sich die Zellen dann auf ihre Funktion. Wie Züge, die zu verschiedenen Endstationen geschickt werden, werden einige umgeleitet und zur Plazenta, während andere zum Embryo werden.
Selbstzerstörende embryonale Zelle
Das Wissenschaftlerteam analysierte zuvor veröffentlichte Daten zur Genaktivität jeder einzelnen Zelle von 5 Tage alten Embryonen und stellte fest, dass etwa ein Viertel der Zellen nicht dem Profil eines der bekannten Zelltypen (Präembryo, Präplazenta) entsprachen usw.).
Bei weiteren Untersuchungen stellten sie fest, dass diese Zellen sogenannte „junge transponierbare Elemente“ oder „springende Gene“ enthielten. Hierbei handelt es sich um unerwünschte DNA-Elemente, die sich selbst kopieren und wieder in unsere DNA einfügen können, was dabei oft zu Schäden führt.
Die Färbung von Embryonen durch Projektmitarbeiter in Spanien bestätigte die Existenz der Zellen mit Proteinen, die von den springenden Genen abgeleitet waren.
Etwas weiter in die Zukunft blickend, stellte das Team fest, dass beide Nachkommen DNA-Schäden aufweisen und einen Prozess des programmierten Zelltods durchlaufen.
Qualitätskontrollmechanismus
Die Forscher vermuten, dass dieser Prozess wie eine Form der Qualitätskontrolle aussieht: Selektion zwischen Zellen zugunsten der guten.
Dr. Zsuzsanna Izsvák, Co-Senior-Autorin vom Max-Delbrück-Centrum und Expertin für mobile DNA, sagte: „Der Mensch kämpft wie alle Organismen mit diesen schädlichen springenden Genen in einem nie endenden Katz-und-Maus-Spiel.“
„Während wir versuchen, diese springenden Gene mit allen möglichen Mitteln zu unterdrücken, sind sie in einigen Zellen bereits sehr früh in der Entwicklung aktiv, wahrscheinlich weil wir unsere genetische Abwehr nicht schnell genug aufbauen können.“
Co-Hauptautor Professor Laurence Hurst vom Milner Center for Evolution an der University of Bath sagte: „Wenn eine Zelle durch die springenden Gene beschädigt wird – oder durch einen anderen Fehler, wie zum Beispiel zu wenige oder zu viele Chromosomen – dann Es ist besser, wenn der Embryo diese Zellen entfernt und verhindert, dass sie Teil des sich entwickelnden Babys werden.
„Wir sind an die Vorstellung gewöhnt, dass die natürliche Selektion einen Organismus einem anderen vorzieht. Was wir in Embryonen sehen, sieht ebenfalls wie ein Überleben des Stärksten aus, aber dieses Mal zwischen fast identischen Zellen. Es sieht so aus, als hätten wir einen neuen Teil unseres Arsenals entdeckt.“ gegen diese schädlichen genetischen Komponenten.“
Alte genetische Feinde nutzen, um neue zu bekämpfen
Umgekehrt zeigten die Einzelzelldaten, dass die Schlüsselzellen, die zum Embryo werden (die innere Zellmasse oder ICM), keine springenden Gene enthalten, sondern stattdessen ein virusähnliches Gen namens „Human Endogenous Virus H“ exprimieren. Dies trägt zur Unterdrückung der Jungen bei Springende Gene in der inneren Zellmasse, passend zu einem sich abzeichnenden Muster, dass wir unsere alten genetischen Feinde nutzen, um unsere neuen zu bekämpfen.
Die Autoren vermuten, dass der Embryo als Ganzes sterben kann, wenn der Qualitätskontrollprozess zu empfindlich ist. Dies könnte erklären, warum einige Mutationen in unserem System zur Erkennung von Schäden in frühen Embryonen auch mit Unfruchtbarkeit verbunden sind.
Mehr Informationen:
Manvendra Singh et al.: Ein neuer menschlicher embryonaler Zelltyp, der mit der Aktivität junger transponierbarer Elemente verbunden ist, ermöglicht die Definition der inneren Zellmasse. PLOS-Biologie (2023). DOI: 10.1371/journal.pbio.3002162