Durchbruch bei der Embryo-DNA-Replikation enthüllt frühe chromosomale Fehler und Instabilität

BerlinWissenschaftler des RIKEN-Zentrums für Biosystemdynamik in Japan haben neue Erkenntnisse über die DNA-Replikation in frühen Embryonen gewonnen, die bisherigen Annahmen widersprechen. Entgegen früherer Ansichten stellten sie fest, dass die DNA-Replikation in frühen Embryonen kein einfacher Prozess ist. Das Team um Ichiro Hiratani entdeckte, dass frühe Embryonen tatsächlich eine Phase der genomischen Instabilität durchlaufen, was die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei der Chromosomenkopie erhöht.

Wichtige Ergebnisse der Studie umfassen:

• In frühen Embryonalstadien wird DNA gleichmäßig statt sequentiell repliziert.
• Die Geschwindigkeit der Replikationsgabeln der DNA variiert erheblich zwischen den Entwicklungsstadien.
• Während des 4-Zell-Stadiums treten vermehrt chromosomale Fehler auf.

Frühere Studien deuteten darauf hin, dass die DNA-Replikation in einer bestimmten Reihenfolge erfolgt. Neueste Forschungen zeigen jedoch, dass in Embryonen mit 1 oder 2 Zellen die DNA gleichmäßig dupliziert wird. Bei dem 4-Zell-Stadium ändert sich diese gleichmäßige Replikation in einen sequenziellen Prozess. Die DNA-Duplikation verläuft in diesen frühen Stadien langsamer, was möglicherweise zu mehr Fehlern führen kann.

Die neue Erkenntnis über die embryonale DNA-Replikation ist von großer Bedeutung. Der Übergang von der 4-Zell- zur 8-Zell-Phase ist eine kritische Zeitspanne. Chromosomale Fehler in dieser Phase können zu Erkrankungen wie dem Down-Syndrom führen oder zu Fehlgeburten. Mithilfe ihrer Einzelzell-Genomik-Technik namens scRepli-seq entdeckten die Forscher, dass 13% der Zellen während dieser Phase chromosomale Anomalien aufwiesen. Dies zeigt, dass die Geschwindigkeit der DNA-Replikation entscheidend ist.

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Diese Erkenntnisse könnten die In-vitro-Fertilisation (IVF) verbessern, indem sie helfen, chromosomale Probleme zu verringern. Durch sorgfältige Überwachung und möglicherweise Eingreifen zu einem wichtigen Zeitpunkt, könnten Ärzte die Wahrscheinlichkeit von Fehlgeburten und Entwicklungsstörungen senken.

Wir müssen noch herausfinden, ob diese Ergebnisse auch auf menschliche Embryonen zutreffen. Sollten menschliche Embryonen dieselben Muster und Schwächen bei der DNA-Kopie zeigen, könnte diese Studie große Fortschritte in der Reproduktionsmedizin bedeuten. Künftige Studien könnten sich auch darauf konzentrieren, den DNA-Kopierprozess zu stärken oder zu beschleunigen, um Fehler zu vermeiden.

Diese Entdeckung wirft neue Fragen auf, welche Schicksale Zellen mit diesen Chromosomenanomalien erwartet. Reparieren sich diese Zellen selbst oder werden sie während der Embryonalentwicklung eliminiert? Ein besseres Verständnis dieser Vorgänge könnte zu neuen Maßnahmen zum Schutz der Gesundheit und Lebensfähigkeit von Embryonen führen.

Diese Studie verdeutlicht die Komplexität der frühen Embryonalentwicklung und ebnet den Weg für Forschungen zur Verbesserung des Reproduktionserfolgs.