Как в сперматозоидах сохраняется эпигенетическая информация для передачи следующему поколению

Ученые из Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера выяснили молекулярные принципы сохранения гистонов и их модификаций при развитии сперматозоидов. Это важный шаг к пониманию фундаментального вопроса эпигенетики: передаются ли и как хроматиновые метки в сперме следующему поколению, способствуя эпигенетическому наследованию признаков, сформированных опытом или средой. Результаты опубликованы в Nature Structural & Molecular Biology.

Феномен эпигенетического наследования, когда опыт отца (например, переедание до полового созревания) влияет на здоровье его сыновей и внуков (как показало исследование в шведской деревне Överkalix), требует объяснения на молекулярном уровне.

В сперме ДНК упакована в 10–20 раз плотнее, чем в ядрах обычных клеток, благодаря белкам-протаминам, которые заменяют гистоны в процессе дифференцировки мужских половых клеток. Однако около 1% гистонов у мышей остаются, преимущественно в регуляторных областях генов.

Исследование показало, что сохранившиеся гистоны в основном связаны с CpG-богатыми последовательностями ДНК (CpG-островками), но только если они не метилированы. Эти последовательности обычно находятся в промоторах генов.

Перед созреванием сперматозоидов и сохранением нуклеосом эти CpG-островки подвергаются ремоделированию хроматина: нуклеосомы с гистонами H3.1 и H3.2 заменяются на вариант H3.3. Уровень замены коррелирует с богатством CpG и уровнем транскрипции контролируемых генов.

Исключение составляют "репрессированные" CpG-островки, где нуклеосомы помечены триметилированием лизина 27 на гистоне H3 (H3K27me3) белками Polycomb. Уровень обмена нуклеосом здесь низок, и в сперме сохраняются "старые" гистоны H3.1/H3.2. Большинство генов, контролируемых такими промоторами, репрессированы как в мужской зародышевой линии, так и в раннем эмбрионе.

«Мы определили многообещающего кандидата для эпигенетического наследования между поколениями в модели мыши, — комментирует Антуан Петерс. — Поскольку базовые принципы эволюционно консервативны между мышью и человеком, это первый шаг к молекулярному пониманию эпигенетического наследования признаков, сформированных средой».