Законы и механизмы передачи генетической информации давно интересуют учёных. На сегодняшний день точно известно, что ключевая наследственная информация закодирована в ДНК и передаётся детям от родителей.
При этом генетики давно подозревают, что есть и дополнительные пути передачи информации. Например, уже известно, что стрессы, перенесённые родителями, могут отражаться на здоровье и эмоциональном состоянии потомства. Этот эффект называется эпигенетическим наследованием. До сих пор, однако, не было понятно, как происходит передача такой информации потомству.
Похоже, ответ на этот вопрос нашли исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (UCSC). Они показали, что эпигенетическая информация, содержащаяся в отцовской хромосоме, может изменить работу генов потомства и повлиять на развитие детей. Тут, впрочем, стоит сразу оговориться, что речь пока идёт только об экспериментах на животных.
Напомним, что эпигенетические изменения (так называемые метки) не меняют последовательности генов в ДНК, то есть не модифицируют генетическую информацию. Метка — это химическая модификация или самой ДНК, или гистонов — белков, упаковывающих длинную молекулу ДНК в компактную форму (хромосому). Тем не менее эпигенетические метки способны «включать» или «выключать» гены, влияя на процесс их работы — экспрессию генов.
Именно такие эпигенетические метки в гистонах исследовали учёные, проведя эксперименты с круглыми червями вида Caenorhabditis elegans. По словам руководителя исследования профессора Сьюзан Стром (Susan Strome), новая работа даёт ответ на один из ключевых вопросов эпигенетики.
«Это очень конкретный вопрос. Влияют ли хромосомы сперматозоида с видоизменёнными гистонами на экспрессию генов у потомков? — поясняет Стром. — И ответ на него положительный».
Причина, по которой учёные интересуются эпигенетическим наследованием именно по отцовской линии очень проста. Его гораздо удобнее изучать, поскольку сперматозоид не привносит в эмбрион практически ничего кроме своих хромосом.
Яйцеклетка же содержит множество компонентов, способных влиять на развитие эмбриона, поэтому проследить эпигенетические эффекты по материнской линии намного сложнее.
Ведущий автор научной статьи, вышедшей в открытом доступе в журнале Nature Communications, аспирантка Киёми Канесиро (Kiyomi Kaneshiro) провела под руководством профессора Стром серию экспериментов.
Научный опыт состоял в следующем: учёные удаляли определённую гистоновую метку в хромосоме сперматозоида червя вида C. elegans и затем модифицированным сперматозоидом оплодотворяли яйцеклетку.
Ключевой особенностью эксперимента стало использование двух разновидностей червей вида C. elegans: британской и гавайской. Эти черви долгое время развивались независимо друг от друга и накопили много небольших генетических различий.
Скрещивание таких генетически непохожих подопытных играло решающую роль. Благодаря этому учёные смогли определить, какие хромосомы наследовались от британского отца, а какие — от матери с Гавайских островов. Кроме того, они смогли увидеть различия в работе генов потомства, возникших из-за удаления гистоновой метки в хромосомах половой клетки отца.
В ходе эксперимента выяснилось, что после удаления данной гистоновой метки, хромосомы сперматозоида переставали подавлять активность некоторых генов в тех клетках зародыша, которые в дальнейшем должны были стать половыми — яйцеклетками или сперматозоидами. Канесиро обнаружила, что эти клетки «включили» нейрональные гены и начали развиваться в нейроны (клетки нервной ткани).
Это открытие показывает, что модификация гистонов является одним из механизмов, благодаря которому эпигенетическая информация отца может влиять на экспрессию генов потомков и их развитие.
Стоит, впрочем, заметить, что эксперимент строился на изучении последствий искусственного изменения гистоновых белков в хромосомах сперматозоидов. В дальнейшем учёным предстоит понять, каким образом естественные факторы окружающей среды модифицируют эпигенетические метки в половых клетках взрослого организма, считающихся одними из самых защищённых.
«Результаты наших экспериментов повышают вероятность того, что гистоновые метки являются носителями эпигенетического наследования. Мы знаем, что внешняя среда может менять экспрессию генов в соматических клетках (все клетки организма, кроме половых — прим. ред.). Если естественные внешние факторы могут таким же образом влиять и на половые клетки, то мы предполагаем, что эти изменения должны наследоваться. Однако это ещё только предстоит показать», —отмечает Канесиро в пресс-релизе.