Av: John Arne Dahl, gruppeleder og Arne Klungland, seksjonsleder - begge ved Avdeling for mikrobiologi, Klinikk for laboratoriemedisin. John Arne Dahl og Arne Klungland er henholdsvis 1. og sisteforfatter på en Natureartikkel som utgikk fra KLM.

For at et nytt individ skal utvikle seg fra et befruktet egg til et embryo er det avgjørende at de rette områdene av genomet (DNA-molekylet), og genene som ligger i disse områdene, blir aktivert. Kontrollen over det befruktede egget skal overføres fra egget til det nydannede embryoet. Det faglige uttrykket for dette er «Maternal to zygotic transition», som betyr overgang fra morprogram til embryoprogram. En nøkkelfaktor i en eggcelles eller embryocelles program er kjemiske merkelapper på histonproteiner. Histonene pakker to meter med DNA i hver celle. Merkelappene på histonene danner en kode som forteller hvilke deler av DNAet som skal brukes til enhver tid. Denne kodingen kommer i tillegg til DNAet (genetikken) og kalles epigenetikk. En sammenlikning med en computer kan være nyttig – tenk på DNA med genene våre som ”hardware” og programmet som er kodet i epigenetikken som ”software” som styrer når, og i hvilke celler ulike gener skal brukes. Tidligere har metoder som benyttes for å studere histonmerkelapper over våre to meter med DNA krevd millioner av celler. Vi har utviklet en ny metode som fungerer for få celler, og brukt denne metoden til å for første gang beskrive detaljene i histonkoden i eggcellen og det nydannede 2-celle- og 8-celleembryoet.

Kartleggingen av histonkoden i eggceller har ført til oppdagelsen av en helt unik koding av histoner som kun finnes i eggceller. Det viser seg at dette programmet må skrives ned i eggcellen for at egget skal kunne modnes helt og muliggjøre befruktning. Programmet må også arves fra eggcellen til det tidlige embryoet for at embryoutviklingen skal settes i gang. I tillegg må dette programmet omskrives i 2-celleembryoet, akkurat til riktig tid, for at overgangen fra morprogram til embryoprogram skal finne sted. Altså er denne nyoppdagede histonkoden i eggceller og overføring gjennom arv til neste generasjon absolutt nødvendig for dannelsen av et nytt individ – selve livets ”software”, nødvendig for at en generasjon kan gi opphav til den neste. Disse oppdagelsene ble gjort i mus og vi undersøker nå om dette essensielle eggcelleprogrammet finnes i eggceller fra andre arter.

De kjemiske merkelappene på histonene er dynamiske i overgangen fra morprogram til embryoprogram; det vil si at det finnes enzymer som kan sette de på – og andre enzymer som kan fjerne de (metyltransferaser og demetylaser). I vårt arbeid med å forstå hvordan morprogrammet skrives, og senere omskrives,  identifiserte vi et enzym som etablerer den unike kodingen av histoner i eggcellen og enzymene som fjerner merkelappene til riktig tid i 2-celleembryoet.

Disse oppdagelsene er beskrevet i en Nature studie ledet av John Arne Dahl og Arne Klungland i samarbeid med forskningsgruppen til Bing Ren ved Ludwig Institute for Cancer Research, University of California San Diego, hvor John Arne Dahl hadde et 1-års forskningsopphold. Sentralt for studien er også et nært samarbeid med Gareth Greggains og Peter Fedorcsak fra Kvinneklinikken ved OUS.

Studien ble publisert i 22. September utgaven av tidsskriftet Nature

Her er også en link til et intervju med Professor Bing Ren etter publiseringen av forskningsartikkelen i Nature