Эцэг эхийн удамшлын мэдээлэл нэгдэхэд алдаа гаргадаг нь гайхмаар юм
ХБНГУ-ын Макс Планкийн Хүрээлэнгийн биофизик-химийн салбарын эрдэмтэд, Фермийн амьтдын генетикийн хүрээлэн, бусад олон улсын эрдэмтэдтэй хамтран үр хөврөлийн хөгжлийн эхэн үеийг судлах шинэ загвар системийг боловсруулжээ. Энэ системийн тусламжтайгаар тэд үр тогтсоны дараа эцэг эхийн генетик материал (геном) хоорондоо нэгдэх үед ихэвчлэн алдаа гардаг болохыг илрүүлжээ. Энэ нь үр ашиггүй процесстой холбоотой юм. Тооцооллоор гурван үр тогтолтын зөвхөн нэг нь л амжилттай жирэмслэдэг бөгөөд олон үр хөврөл эхэн үеийн хөгжлөөсөө цаашаа хөгжиж чаддаггүй байна.
Хромсомын тухай ойлголт
Бидний мэдэх удамшлын генетик мэдээлэл буюу геномыг агуулдаг хромсом нь ДНХ, уураг агуулсан бүтэц бөгөөд бүх эсийн бөөмд оршино. Хүний хэвийн эс 46 хромсомтой. Эдгээр хромсом нь эцгийн (эр бэлгийн эс) 23 хромсом, эхийн (өндгөн эс) 23 хромсомууд үр тогтох үед хоорондоо нийлснээр 46 хромсом бий болно. Үр тогтолтын дараа өндгөн эс эхэндээ пронуклеус гэж нэрлэгдэх эцэг, эхийн хромсомыг агуулсан хоёр тусдаа урьдал бөөмийг агуулна (Зураг 1). Эдгээр урьдал бөөм (пронуклеус) нэгдэх хүртлээ аажмаар бие бие рүүгээ хөдөлж ойртоод дараа нь урьдал бөөмийн бүрхүүл хайлж уусан, эцэг эхийн хромсомууд нэгдэнэ.
Зураг 1. Үр тогтолтын дараах үхрийн өндгөн эс: Эцэг эхийн хромсом (геном) хоёр тусдаа урьдал бөөмд хэвээр байна. Үр тогтсон өндгөн эс дэх хоёр тусдаа урьдал бөөмийн холбоос хэсэг дэх хромсомын бөөгнөрөл (кластер) нь ягаан, эсийн араг яс буюу цитоскелетон цэнхэр өнгөтөй байна. Cупер нягтралтай микроскопийн зургийг Макс Планкийн Хүрээлэнгийн Биофизик-химийн салбарын Томмасо Кавазза, Мелина Шух нар авсан байна.
Хүний үр хөврөлийн анеуплойд согог нь хэвийн бус тооны хромсомоос үүдэлтэй. Энэ нь үр хөврөлийн геном алдаатай нэгдснээс болж амьдрах чадваргүй болдог тул жирэмсний эрт үеийн зулбалт, түүнчлэн үргүйдлийн тэргүүлэх шалтгаан болдог байна. Одоогоор анеуплойд өвчний дийлэнх хэсэг үр хөврөлийн эс хуваагдахад үүсдэг болох нь мэдэгдэж байгаа билээ. Эсийн хуваагдлын (митоз хуваагдал) үед гарсан алдаа нь үр хөврөлийн эхэн үеийн хөгжлийн хэвийн бус хуваагдалтай холбоотой байдаг. Гэвч митозын анеуплойд согогийн эсийн гарал үүсэл тодорхойгүй байгаа юм.
“Бидний мэддэгээр бол хэвийн бус тооны хромсомтой үр хөврөлийн 10-20 орчим хувь нь үр тогтолтоос өмнө хэт цөөн эсвэл хэт олон хромсом агуулсан өндгөн эсээс болдог” гэж МПХ-ийн Биофизик-химийн салбарын захирал Мелина Шух тайлбарлав. “Тэгвэл яагаад маш олон үр хөврөл байхад энэ асуудал гарч ирдэг вэ? Зиготын (үр тогтсон өндгөн эс) үе шат гэж нэрлэгддэг эр бэлгийн эс болон өндгөн эс нэгдэн нийлсний дараах хугацаа нь үр хөврөлийн хөгжилд нэн чухал үе шат шиг ажиглагдсан тул бид яагаад энэ зүйл тохиолддогийг олж мэдэхийг хүссэн юм” гэжээ.
Шинэ загварын системийн талаарх ойлголт
Эрдэмтдийн судалгааны хувьд Английн лабораторид хийгдсэн хүний үр тогтсон өндгөн эсийн микроскопийн видео бичлэгт шинжилгээ хийсэн байна. Тэд үр хөврөлийн эхэн үеийн хөгжлийг нарийвчлан судлахад тохиромжтой шинэ загвар организмыг олохоор эрэлхийлэв. Тиймээс “Фермийн амьтдын генетикийн хүрээлэнгийнхэнтэй хамтран хүний үр хөврөлтэй нилээн төстэй үхрийн үр хөврөлийг судлах аргыг боловсруулсан” гэж Шухын багийн эрдэмтэн Томмассо Кавазза тайлбарласан юм. Хүн болон үхрийн үр хөврөлд эсийн анхны хуваагдлын хугацааг адилтгаж авч үзэх боломжтой. Цаашлаад хромсомын буруу тархалтын давтамж 2 системд ижилхэн байдаг. Энэхүү загвар системийн бас нэг давуу тал нь уг аргад зориулсан үхрийн үр тогтсон өндгөн эсийг мал нядалгааны газрын хаягдлаас авдаг тул амьтан золиослох шаардлагагүй байжээ.
Шухын баг лабораторийн орчинд үхрийн өндгөн эсэд үр тогтоож дараа нь сүүлийн үеийн амьд-эсийн микроскопийн тусламжтай эцэг эхийн генетик материал хэрхэн нэгдэж байгааг ажиглав. Эцэг эхийн хромсомууд хоёр пронуклеусын хоорондох хэсэгт бөөгнөрч кластер үүсгэдэг болохыг тогтоожээ. Гэсэн хэдий ч зарим үр тогтсон өндгөн эсэд хромсомууд үүнийг хийж чадахгүй байгааг судлаачид ажиглажээ. Үүний үр дүнд эцэг эхийн геном нэгдэх үед пронуклеусын холбоос хэсэгт бөөгнөрөөгүй эдгээр хромсомууд ‘алдаж’ улмаар эсийн бөөм хэт цөөн тооны хромсомтой үлддэг байна. Иймд удалгүй анеуплоид болон дараа дараагийн хөгжлийн гажигууд үүссэн.
“Пронуклеус дэх хромсомын бөөгнөрөл (кластер) нь туйлын чухал алхам юм шиг байна. Хэрэв бөөгнөрөл явагдахгүй бол үр тогтсон өндгөн эс ихэвчлэн эрүүл үр хөврөлийн хөгжилд үл нийцэх алдаа гаргадаг байна” гэж Кавазза хэлжээ.
Үр ашиггүй процессын хамаарал
Гэхдээ яагаад эцэг эхийн хромсомууд зөв бөөгнөрч чадахгүй байна вэ? гэдгийг Макс Планкийн Хүрээлэнгийн судлаачид мөн олж илрүүлсэн бөгөөд Каваззагийн хэлснээр цитоскелетоны бүрэлдэхүүн, бөөмийн бүрхүүл нь пронуклеус доторх хромсомыг хянадаг. Сонирхолтой нь эдгээр элементүүд хоёр пронуклеусыг бие биен рүү нь чиглүүлдэг байна. Өөрөөр хэлбэл цитоскелетон ба бөөмийн бүрхүүлийн нөлөөгөөр бөөгнөрөл үүсдэг гэсэн үг. Иймд судлаачид хоорондоо нягт холбоотой, чухал боловч ихэвчлэн буруу явдаг хоёр процессыг авч үзэж байгаа юм. Тиймээс үр хөврөлд эрүүл хөгжил явагдах эсэх нь үр ашиггүй процессоос хамаарна.
Эрдэмтдийн энэ ололт нь лабораторийн орчин дахь үр тогтолттой холбоотой бөгөөд үүний тусламжтай цаашид үргүйдлийн эмчилгээнд ашиглах боломжтой гэж үзжээ.
Дэлгэрэнгүй мэдээллийг эндээс сонирхоно уу:
Tommaso Cavazza et al, Parental genome unification is highly error-prone in mammalian embryos, Cell (2021). DOI: 10.1016/j.cell.2021.04.013
Эх сурвалж:
https://phys.org/news/2021-05-combining-maternal-paternal-genetic-surprisingly.html
https://www.mpibpc.mpg.de/17816994/pr_2112
Мэдээллийг бэлтгэсэн: Материал Судлалын Салбарын Биофизикийн лабораторийн ЭШДаА Г.Даваадулам