Тем не менее, китайским ученым удалось преодолеть эти сложности, применив современную технологию сверхвысокочувствительной масс-спектрометрии в сочетании с использованием нанолитровых масляно-воздушных капельных чипов (OAD). В исследовании был проведён анализ 58 образцов ооцитов и бластомеров, полученных из 2-, 4-, 8-клеточных эмбрионов, а также морул и бластоцист. На основании протеомного профиля было идентифицировано около 3000 белков в ооците и 1140 белков в одиночных клетках бластоцисты. Математический анализ полученных данных показал, что пробы кластеризуются в соответствии со стадией развития, а воспроизводимость метода достаточно высока. Тем не менее, стоит отметить, что весь последующий анализ проводился отностительно стадий эмбрионального развития, без учета различий отдельных клеток, поэтому применение технологии протеомики одиночных клеток в данном случае оказалось не вполне оправданным.

Анализ дифференциально экспрессирующихся белков, содержание которых отличается как минимум вдвое, позволил определить набор белков, специфичных для каждой стадии развития. Кроме того, были выявлены тысячи белков материнской трансляции включая субкортикальный материнский комплекс SCMC и деметилазу TET3. Отдельный кластер состоял из 305 белков зиготической трансляции, которые появляются после стадии 8-клеточного эмбриона.

Корреляция полученных авторами протеомных данных с транскриптомными не выявляется. Иными словами, прямой взаимосвязи между наличием мРНК и синтезом соответствующего белка нет. Для того, чтобы более детально изучить трансляционную активность в доимплантационном развитии человека, авторы проанализировали белки, транслирующиеся de novo. Для этого они на каждой стадии выявили гены, которые экспрессируются на высоком уровне на уровне мРНК, но не имеют выраженной экспрессии белка, а на следующей стадии развития демонстрируют трансляцию de novo. Оказалось, что в доимплантационном развитии человека есть два подъёма трансляции de novo: при переходе от зиготы к стадии 2 бластомеров и при переходе от стадии 8 бластомеров к моруле. Таким образом, первая волна трансляции de novo была определена учеными как «активация материнского протеома» (MPA) запускаемая материнской мРНК, а вторая как «активация зиготического протеома» (ZPA). Анализ генной онтологии выявил, что среди белков MPA – ответственные за подавление транскрипции до включения зиготического генома, тогда как среди белков ZPA – инициаторы трансляции, необходимые для дальнейшего развития после активации зиготического генома.

Сравнительный межвидовой анализ позволяет выявить эволюционно-консервативные механизмы развития и лучше понять регуляторные сети. Авторы проанализировали количественные протеомные данные эмбрионов, полученные на доимплантационных эмбрионах мыши и человека, и сравнили дифференциально экспрессирующиеся белки, специфичные для разных стадий эмбрионального развития. Оказалось, что наивысшая корреляция наблюдается между 2-клеточными эмбрионами мыши и 8-клеточными эмбрионами человека. Эти стадии соответствуют моменту включения зиготического генома (MZT), которые у мыши и человека происходят в разное время. В общей сложности 70 белков, среди которых NLRP2/7, WDR1 и AKT3, экспрессируются на одинаково высоком уровне у 2-клеточных эмбрионов мыши и 8-клеточных эмбрионах человека. Консервативными функциями этих белков у обоих видов является регуляция MZT, дальнейшего эмбрионального развития и органогенезов.

Таким образом, несмотря на трудности проведения протеомного анализа ранних эмбрионов млекопитающих, китайским ученым впервые удалось изучить протеомный паттерн доимплантационного развития человека. Полученные данные позволяют более глубоко проанализировать динамику трансляции белков в раннем развитии и выделить критические периоды активации трансляции, связанные с включением зиготического генома.

Новость представили
©Никишин Д.А., ©Ткаченко М.Д.

11.01.2023