Вернуться на главную страницу
Эпигенетическая информация может передаваться через поколения
Нарастающий ком свидетельств того, что условия окружающей среды могут провоцировать изменения экспрессии генов, передающиеся из поколения в поколение - горячая тема. Эпигенетическая модификация не затрагивает последовательность ДНК в генах, но влияет на то, как упакована ДНК и как она реализуется. Сейчас усилиями ученых Калифорнийского университета в Санта-Круз продемонстрировано как эпигенетическая информация передаётся через поколения, а также от клетки к клетке в результате их деления.
Исследование, опубликованное 19 сентября в журнале Science [1], сосредоточено на подробно изученной эпигенетической модификации - метиллировании ДНК-связывающего белка гистона H3. Метиллирование определённой аминокислоты (лизин в положении 27) в этом белке, как известно, «выключает» и подавляет работу гена, и эта метка найдена во всех многоклеточных организмах: начиная с человека и заканчивая крошечным круглым червём C. elegans, использованным в работе.
В лаборатории выращивают нематод с мутацией, отвечающей за работу фермента метиллирования, а затем скрещивают их с нормальными особями. Используя флюоресцентные метки, учёные имели возможность проследить под микроскопом «судьбу» меченых и немеченых хромосом от сперматозоида и яйцеклетки, которые слились в зиготу и начали передаваться дочерним клеткам в результате деления.
Как утверждают исследователи, метки наиболее ярки в одноклеточной зиготе, менее ярки в двухклеточной, а через сутки инкубации их вообще не видно. Это можно объяснить механизмом полуконсервативной репликации хромосом, в результате которой одна из родительских цепей ДНК остаётся меченной, а на дочерней метка отсутствует, поскольку нет фермента её создающего. Таким образом, с каждым делением количество меток уменьшается в 2 раза.
Но ученые провели еще один эксперимент, на этот раз обратный: мутантным был отцовский организм, на хромосомах которого метки отсутствовали, а хромосомы матери были метиллированы. Наблюдая за делящейся зиготой, было отмечено, что свечение меток с течением времени не ослабевает и не усиливается, что свидетельствует о передаче эпигенетической информации от поколения к поколению. Последнее, возможно, объясняет явление «фиксированных» генов (imprinted genes), которые специфичны для пола и имеют особый порядок экспрессии, не вписывающийся в общую логику.
Следует отметить, что эти исследования могут не иметь таких практических последствий, как можно предположить. Известно, что эволюция позаботилась и о таком пути передачи информации: эпигенетические модификации обычно уничтожаются организмом на двух этапах его становления: при эмбриональном развитии (когда идет дифференциация клеток и нужно, чтобы весь материал был «чистым»), а так же в период созревания половых клеток (чтобы те в свою очередь могли дать начало любым другим). Тем не менее, исследования доказывают, что при отклонении от таких «норм» организм все-таки может передать приобретенные признаки своему потомству.
В свою очередь это ведет за собой дискуссию: а какова же все-таки роль эпигенетических модификаций в фенотипе организма (его признаках) наряду с генетической информацией ?
Ж.Б. Ламарк около 2-х столетий назад выдвигал теорию о том, что в организме есть механизм наследования признаков, которые были приобретены в течение жизни. Считается, что её опроверг Вейсман своими опытами с отрубанием хвостов крысам в течение многих поколений, когда детёныши всякий раз рождались с хвостами, независимо от номера поколения. Хоть вышеизложенные исследования и показывают механизм возможной передачи эпигенетических меток от генеративных клеток к зародышу - встаёт вопрос, а откуда эти метки возьмутся у гамет? Сравнительно недавно ученые смогли и тут найти возможную лазейку: вирусы могут передать не только эпи- но и просто генетическую информацию от соматических клеток в гаметы [2]. Шанс такой операции хоть и крайне низок, но есть. И всё же, чем это будет принципиально отличаться от классической передачи генов от родителей к детям - пока непонятно. Ведь вся информация, содержащаяся в эпигенетических метках - отвечает за регуляцию генов, а не за наличие нового признака...
Это изображение показывает передачу эпигенетической метки H3K27me3 у нематоды C. elegans. Одноклеточный эмбрион (слева) содержит метку унаследованную с хромосомой сперматозоида (зеленый) рядом с хромосомой яйцеклетки, которая была передана от материнского организма с мутацией отвечающей за отсутствие фермента метиллирования PRC2. Двуклеточный эмбрион (справа) показывает передачу метки на хромосоме из сперматозоида в каждое из дочерних ядер. Источник: Laura J. Gaydos
1. "H3K27me and PRC2 transmit a memory of repression across generations and during development," by L.J. Gaydos et al. Science, 2014: www.sciencemag.org/lookup/doi/... 1126/science.1255023
2. http://evolbiol.ru/lamarck1.htm
По материалам phys.org
