תגלית חדשה של חוקרים במרכז RIKEN לדינמיקה ביולוגית (BDR) ביפן משדרגת עשרות שנים של הנחות לגבי שכפול DNA. בראשות Ichiro Hiratani ועמיתיו, הניסויים פורסמו ב-28 באוגוסט ב טֶבַע מראים ששכפול DNA בעוברים מוקדמים שונה ממה שמחקר עבר לימד, וכולל תקופה של חוסר יציבות הנוטה לשגיאות העתקה כרומוזומליות. מכיוון שהריונות כושלים והפרעות התפתחותיות קשורות לעתים קרובות להפרעות כרומוזומליות, הממצאים עשויים להשפיע על תחום רפואת הרבייה, אולי להוביל לשיטות משופרות של בַּמַבחֵנָה הפריה (IVF).
במהלך העובר, הביצית המופרית בתחילה מתחלקת, וכך גם כל קבוצה חדשה של תאי בת. ביום השלישי לאחר ההפריה, עובר עובר שלוש חלוקות ומכיל 16 תאים. כל חלוקת תא מלווה בשכפול DNA, מה שמבטיח שכל תא בת מכיל עותק של הגנום כולו. במחקר החדש שלהם, צוות חוקרי RIKEN BDR יצא לאפיין את אופי תהליך שכפול ה-DNA בעוברים בשלב מוקדם. הם השתמשו בטכניקת הגנומיקה החד-תאית שלהם שנקראת scRepli-seq ויישמו אותה לפיתוח עוברי עכברים. בעזרת טכנולוגיה זו, הצוות הצליח לצלם תמונות של DNA של תא עוברי בודד בזמנים שונים במהלך תקופות שכפול ה-DNA. מה שהם מצאו סותר את מה שהניחו מדענים לגבי שכפול DNA בעוברים.
מצאנו מספר סוגים מיוחדים של שכפול DNA במהלך העוברות מוקדמת של עכברים, שאיש לא ראה בעבר. בנוסף, מצאנו גם שבנקודות מסוימות, ה-DNA הגנומי אינו יציב באופן זמני והסטיות הכרומוזומליות מוגברות".
Ichiro Hiratani, חוקר, RIKEN Center for Biosystems Dynamics (BDR)
ספרי לימוד אומרים לנו ש-DNA לא משתכפל בבת אחת. במקום זאת, אזורים שונים של הכרומוזום משוכפלים ברצף מסוים. התגלית הראשונה של הצוות הייתה שתחומי תזמון השכפול שנצפו בתאים בוגרים אינם קיימים עד שלעובר יש 4 תאים. המשמעות היא שבניגוד לכל תאים אחרים בגוף בסופו של דבר, ה-DNA משוכפל באופן אחיד, לא ברצף, בעוברים של 1 ו-2 תאים.
בכל פעם שחלק מכרומוזום מתפרק לצורך שכפול, אזורי DNA פותחים מבנה שנראה כמו מזלג בכביש. כדי שהשכפול ימשיך, על המזלג לנוע במורד גדיל ה-DNA, לרכוב מחדש של אזורים שהועתקו ולפתוח את הקטע הבא. התגלית השנייה של הצוות הייתה שמהירות המזלג איטית בהרבה בשלבים של 1, 2 ו-4 תאים מאשר לאחר שלב 8 התאים של העובר. כעת ניתן לראות את העובר בן 4 התאים כשלב מעבר שבמהלכו שכפול DNA אחיד הופך לרציף, תוך הצגת תנועת מזלג איטית האופיינית לעוברים 1 ו-2 תאים. לעומת זאת, עוברי 8 תאים דומים הרבה יותר לתאים בוגרים, מראים שכפול רציף ותנועת מזלג מהירה.
שגיאות בשכפול ה-DNA בימים הראשונים לאחר ההפריה גורמות לרוב לאי-סדירות בכרומוזומים, כגון עותקים נוספים, עותקים חסרים, הפסקות בעותקים או עותקים לא שלמים. חלק מטעויות ההעתקה הללו מובילות להפלה, בעוד שאחרות מובילות להפרעות התפתחותיות כמו תסמונת דאון, המכונה גם טריזומיה 21. התגלית השלישית של הצוות הייתה שתדירות שגיאות ההעתקה הכרומוזומליות עלתה זמנית בעוברים בשלב מוקדם, לרוב במהלך המחלה. שלב 4 תאים.
החוקרים השתמשו שוב ב-scRepli-seq, הפעם לזיהוי חריגות במספר העתקות הכרומוזומים. הם מצאו כי מעט מאוד שגיאות התרחשו במהלך המעבר בין שלבים של 1 ל-2 תאים או בין שלבים של 8 ל-16 תאים. מצד שני, 13% מהתאים הראו מומים כרומוזומליים במהלך המעבר בין שלבי 4 ו-8 תאים, ככל הנראה עקב שגיאות העתקה בשלב 4 התאים. בדיקות נוספות העלו כי שגיאות ההעתקה בשלב זה קשורות למזלגות הנעים לאט.
"הממצאים שלנו מובילים לשאלות חדשות רבות", אומר Hiratani. "לדוגמה, האם סדרות אלה של תופעות נשמרות מבחינה אבולוציונית במינים אחרים, כולל עוברי אדם? ומה הגורל הבא של תאים עם סטיות כרומוזומליות?" בנוסף להנחיית מחקר בסיסי בעתיד, תגלית זו יכולה לסייע למרפאות ההפריה לתכנן אסטרטגיות טובות יותר למזעור הפרעות הכרומוזומליות השכיחות בימים הראשונים לאחר ההפריה.
