После открытия молекулы ДНК код нуклеиновой кислоты обычно считался началом и концом генетической наследственности. Теперь стало понятно, что химические метки, связанные с ключевыми участками генетической последовательности, не только влияют на способ чтения генов, но и могут изменяться в ответ на воздействие окружающей среды. Более того, они могут фактически передаваться от одного поколения к другому.
Названное трансгенерационным эпигенетическим наследованием, это может быть путь, по которому здоровье, образ жизни или даже окружающая среда родителей влияют на здоровье и развитие потомства на генеалогическом древе на протяжении поколений. Хотя сами изменения кажутся очевидными, точные механизмы их работы еще предстоит полностью понять.
Теперь новое исследование круглых червей показало, как обычная эпигенетическая модификация может передаваться через три поколения, влияя на активность генов и развитие «внучатого потомства». Хотя данные о такой прочной эпигенетической памяти у людей остаются скудными, исследование круглых червей (Caenorhabditis elegans) весьма показательно.
«Эти результаты устанавливают причинно-следственную связь между передаваемыми сперматозоидами гистоновыми метками и экспрессией генов, а также развитием у потомков и внуков», — говорит Сьюзен Строум, молекулярный и клеточный биолог из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Эпигенетические изменения — это молекулярные украшения, добавленные к ДНК, которые бывают нескольких форм и определяют, когда и как следуют генетическим инструкциям.
Если механизм клетки, который считывает ее геном, не может получить доступ к определенным генам, потому что на их пути стоят громоздкие молекулы, то эти гены не будут расшифрованы в белки. Достаточно тугое наматывание длинных нитей ДНК вокруг основных белковых комплексов, называемых гистонами, может иметь аналогичный эффект подавления.
Считалось, что большинство этих эпигенетических модификаций стираются и «сбрасываются» после оплодотворения, в результате чего половые клетки перепрограммируются для обеспечения нормального развития. Но, как показывают исследования на животных (в том числе число, основанное на млекопитающих), кажется, что некоторые эпигенетические изменения могут избежать перепрограммирования и передаваться из поколения в поколение.
В этом последнем исследовании C. elegans использовался в качестве модельного организма для изучения того, сохраняются ли или переписываются эпигенетические маркировки у эмбрионов круглых червей, и, если они сохраняются, то как такие маркировки влияют на экспрессию генов у потомства.
Эпигенетическая маркировка гистонового белка, которая приводит к более плотной упаковке ДНК, что, в свою очередь, выключает гены в этой области, была в центре внимания экспериментов.
Исследователи выборочно «сняли» эту гистоновую маркировку с хромосом сперматозоидов C. elegans, которые затем были использованы для оплодотворения яйцеклеток с полностью маркированными хромосомами.
Затем они изучили уровни активности генов в полученном потомстве и обнаружили, что гены на хромосомах, унаследованные от сперматозоидов, больше не подавлялись.
«Некоторые гены были аберрантно включены и остались в состоянии отсутствия репрессивной метки, в то время как остальная часть генома восстановила метку, и этот паттерн передался потомству», — объясняет Строум. «Мы предполагаем, что если этот образец упаковки ДНК сохранится в зародышевой линии, он потенциально может передаваться многим поколениям».
Не будем забывать, что речь идет о круглых червях. Прошлые исследования этих полупрозрачных существ показали, что эпигенетические изменения могут передаваться на протяжении целых 14 поколений, что дико, но мало что говорит о людях.
Несколько редких и замечательных исследований на людях выявили доказательства того, что доступ бабушек и дедушек к еде влияет на здоровье потомков их детей через два поколения.
В другом исследовании изучались связи между материнским здоровьем, включая привычку курить и детскую астму, или было показано, как события в раннем детстве могут вносить химические изменения в ДНК человека, которые влияют на его здоровье в более позднем возрасте.
Но исследования на людях, устанавливающие прямую связь между здоровьем родителей, эпигенетическими изменениями в половых клетках и последствиями для потомства, «практически не существуют», как говорится в одном обзоре, отчасти из-за ограничений эпидемиологических исследований, которые могут только выявить ассоциации, а не причинно-следственные связи.
Отделение влияния эпигенетических маркеров от генетических, культурных и поведенческих влияний также является серьезной проблемой. Как начать отделять генетику от социальных обстоятельств или условий окружающей среды, которые сохраняются на протяжении поколений?
Вот почему исследования на животных, подобные этому, помогают «пролить свет на то, как эпигенетическая наследственность может формировать развитие и здоровье будущих поколений», — пишут Строум и его коллеги в опубликованной в PNAS статье.
Команда говорит, что их результаты отражают результаты, полученные в лабораторных клетках млекопитающих, и что другие недавние исследования показали, что гистоновые маркеры, унаследованные от сперматозоидов, также характерны для мышей.
Эти параллели могут означать, что механизм может распространяться и на людей. Но мы еще многого не знаем о том, как эпигенетическая наследственность действует в течение нескольких поколений, и работает ли она на самом деле.
Учитывая этические и логистические препятствия для исследования таких вопросов на людях, может пройти много времени, прежде чем мы это сделаем.
