В первые дни после оплодотворения эмбрион развивается за счет ресурсов, накопленных в яйцеклетке матери. Однако на стадии четырех–восьми клеток происходит переломный момент — активация генома зиготы (ZGA). Эмбрион должен «проснуться» и начать использовать собственные гены для строительства организма.
Если этот процесс дает сбой, развитие останавливается, что часто становится причиной необъяснимого бесплодия и неудач при процедурах ЭКО. Механизмы, которые отвечают за этот массовый старт генов у человека, до сих пор оставались малоизученными.
Авторы исследования, опубликованного в Science, проанализировали эмбрионы, полученные в клиниках ЭКО, которые самопроизвольно остановились в развитии на стадии 8 клеток. Сравнив их со здоровыми эмбрионами, ученые заметили, что у погибших была критически снижена активность семейства эндогенных ретровирусов MLT2A1.
Чтобы доказать причинно-следственную связь, авторы провели эксперимент на здоровых зиготах. Они ввели в них специальные молекулы, блокирующие работу этого вируса. Кроме того, ученые выделили РНК вируса из клеток и выяснили, с какими белками и участками ДНК она взаимодействует.
Оказалось, что MLT2A1 не просто копирует себя, а создает гибридные (химерные) молекулы РНК, в которых вирусный код соединен с соседними участками человеческого генома.
Этот гибрид выполняет роль навигатора: вирусная часть молекулы РНК захватывает белки, необходимые для считывания генов (например, HNRNPU). А человеческая часть РНК указывает этому комплексу, куда именно нужно сесть на ДНК, чтобы включить нужные для развития гены.
В геноме человека разбросаны тысячи копий этого вируса. Исследование показало, что они работают как единая сеть: активация одних копий подстегивает другие, создавая мощную волну, необходимую для преодоления инерции спящего генома. В экспериментах, где этот механизм отключали, эмбрионы неизбежно погибали, так и не сумев «включить» свою ДНК.
Работа меняет представление о роли «мусорной ДНК» в эволюции. Древние вирусные паразиты были «приручены» организмом и превратились в незаменимых архитекторов начала жизни. Для медицины это открывает новый способ диагностики: уровень активности MLT2A1 может служить точным маркером жизнеспособности эмбрионов при отборе для ЭКО.