Både under modning av kjønnsceller og under de første celledelingene etter befruktning er det høy aktivitet rundt genene våre. Det skjer svært mye de første 5 dagene; det vil si når embryo utvikler seg fra en befruktet eggcelle til 2 celler, 4 celler, og videre til et blastocyst som inneholder 200-300 celler.
Svært mange gener blir skrudd av eller på, noe som fører til store endringer i cellene. På denne måten forberedes eggcellen og det tidlige embryoet til celledeling og videreutvikling av cellene til forskjellige celletyper.
Disse biologiske prosessene har stor betydning for vår aller tidligste utvikling. Dersom det er feil i hvilke gener som skrus av eller på kan det ha store konsekvenser for utvikling og helse. Ofte fører det til tidlig spontanabort eller medfødte sykdommer. Mange kreftformer og sjeldne syndromer som Prader-Willi og Fragilt X skyldes feil i prosessene som regulerer genene våre.
Nytt senter forsker på genenes rolle i starten av livet
1. juli 2023 startet vi senteret CRESCO, senter for Embryologi. CRESCO er latin og betyr jeg vokser. Vi ønsker å studere prosesser som er viktige for at et embryo skal utvikle seg normalt. I dette blogginnlegget kan du lese om hva vi skal drive med.
Hvordan skrus gener av og på?
Prosessene der gener skrus av og på kalles genetisk reprogrammering. Dette gjøres uten at koderekkefølgen i genene endres og reguleres av små kjemiske grupper som endrer egenskapene til arvestoffet. Ofte kalles dette epigenetisk regulering eller epigenetiske modifikasjoner. Det kan også være at gener blir skrudd av, men programmert på en slik måte at det er lett å skru dem på igjen.
Dette er viktig når et embryo utvikler seg og cellene skal spesialisere seg til ulike oppgaver. Nesten alle cellene våre inneholder de samme genene, og ved å skru av eller på de rette genene kan cellene bli så forskjellige som en hjernecelle, hjertecelle eller en hudcelle.
Du kan lese mer om epigenetikk i blogginnleggene Kan vi behandle sykdommer ved å reparere gener? og Er livet vårt bestemt av våre besteforeldres levesett?
Vi kan studere genregulering i enkeltceller
For bare ti år siden trengte forskere millioner av celler for å kunne identifisere mekanismer for hvordan gener i arvestoffet vårt ble skrudd av eller på (arvestoffet brukes her som et samlebegrep for alle genene i en celle).
Det er først de siste årene det har vært mulig å undersøke dette i enkeltceller. Nå kan vi undersøke kjønnsceller og cellene i svært tidlige embryo som inneholder 2, 4 og 8 celler.
Kan vi øke sjansene for vellykket prøverørs-befruktning?
Noe av det viktigste ved å kunne studere enkeltceller er at det vi kan studere celler og embryo som ikke utvikler seg som ønsket.
Prøverørsbefruktning, eller in vitro-fertilisering (IVF), blir mer og mer vanlig både hos mennesker og husdyr. Etter de prosedyrene vet vi at et stort antall egg og embryo utvikler seg unormalt og blir forkastet. Det er også et stort antall av befruktninger som resulterer i kromosomskader og kromosomfeil.
Vi ønsker å identifisere hvordan feil i genetisk reprogrammering og stabilitet bidrar til dette. Økt kunnskap vil både øke sjansene for vellykket IVF-behandling og bidra til bedre metoder for å velge ut embryo med høy kvalitet.
Norsk husdyravl er kjent for høy kvalitet og det har i flere tiår vært selektert for genvarianter som gir god helse og fertilitet: En sammenlikning mellom ulike arter kan være avgjørende for å identifisere de viktigste genene for god fertilitet og helse.
Vi vil forbedre teknologien innen vårt felt
Selv om enkelte mekanismer for reprogrammering av gener kan studeres i enkeltceller så er det fortsatt slik at de fleste slike mekanismer er vanskelige å studere. Ofte trenger forskerne flere tusen, eller millioner, av celler for kunne gjennomføre analyser som er sikre.
CRESCO arbeider derfor parallelt med å forbedre teknologien. Dette gjør vi blant annet ved å koble små nanopartikler til molekyler (oftest proteiner eller enzymer) som er sentrale i det vi studerer. Slike nanomaskiner kan gjenkjenne kjemiske grupper på arvestoffet som regulerer genuttrykk eller som representerer skader på arvestoffet. Ved å bruke nanomaskiner kan vi altså studere i detalj hvordan et gen skrues av og på, samt nøyaktig hvor dette skjer.
Flere forskere ved CRESCO har allerede utviklet og patentert metoder for enkeltceller samt metoder basert på nanopartikler.
Skader i DNA-sekvensen påvirker tidlig embryo-utvikling
Gener kan bli utsatt for både epigenetiske modifikasjoner, som kan skru dem av og på, og mutasjoner i selve DNA-sekvensen, som kan føre til proteiner som ikke fungerer.
Mens såkalte epigenetiske modifikasjoner kan forekomme ofte i en enkeltcelle så er de mer tradisjonelle mutasjonene heldigvis mye sjeldnere. At de er sjeldnere betyr også at de er vanskeligere å studere. Derfor mangler vi informasjon om hvordan disse skadene påvirker utviklingen av kjønnsceller og det tidlige embryo.
De fleste skader i DNA-sekvensen blir raskt reparert, men noen unnslipper. Dette er kritisk i et embryo som deler seg raskt. Skader på arvestoffet bør bli reparert før cellen deler seg, slik at vi unngår varige endringer som overføres til dattercellene.
Vi ønsker å studere hvordan de ulike skadene på arvestoffet påvirker fertilitet, embryoutvikling, medfødte sykdommer og helse.
Vi vil studere milliarder av kodeenheter i en enkelt celle
Hos mennesket inneholder hver celle DNA med mer enn 3 milliarder kodeenheter. Før de brukes til noe lager cellen en avskrift, kalt mRNA. Den har også kodeenheter. Samlet er det et titalls milliarder kodeenheter i en celle.
Når vi samler data om disse blir det fort store datamengder og et tilsvarende stort behov for effektiv databehandling før vi kan forstå disse dataene. CRESCO har derfor også kompetanse på bioinformatikk og vi har knyttet til oss en forskergruppe ved Universitetet i København.
Om CRESCO
CRESCO er et samarbeid mellom forskere som arbeider med gener (hvordan gener skrus av og på og hva som gjør arvestoffet vårt stabilt eller ustabilt) og forskere som arbeider med fruktbarhet. Senteret er et samarbeid mellom Universitetet i Oslo, Oslo Universitetssykehus og Høgskolen i Innlandet.
Dyr, mennesker og miljø har felles helse
De siste årene har én-helse (One Health) fått økt popularitet. Det innebærer en anerkjennelse av at menneskers helse, dyrenes helse og jordens økosystemer henger tett sammen. Vi blir en del av dette når vi nå skal arbeide med fruktbarhet og helse på tvers av arter og inkludere både mennesker og husdyr.
