Обнаружен новый механизм эпигенетического наследования

Команда Джакомо Кавалли из Института генетики человека (Университет Монпелье / CNRS) в сотрудничестве с Национальным институтом сельскохозяйственных исследований Франции (INRA) продемонстрировала существование трансгенерационного эпигенетического наследования (TEI) у плодовых мушек Drosophila.

Временное изменение функции белков Polycomb Group (PcG), играющих ключевую роль в развитии, позволило получить линии мух с идентичной последовательностью ДНК, но разным цветом глаз. Это разнообразие отражает различные степени наследуемого, но обратимого, репрессирования генов белками PcG. Явление наблюдается как в трансгенных, так и в диких линиях и может изменяться под действием условий окружающей среды, например, температуры. Работа опубликована в Nature Genetics.

Механизм наследования

Исследователи получили Drosophila эпилинии — генетически идентичные линии с различными эпигенетическими характеристиками — с белыми, желтыми и красными глазами. Это достигнуто за счет временного нарушения взаимодействий между генами-мишенями и белками PcG — комплексами, участвующими в репрессии генов развития.

Показано, что регуляция положения гена может приводить к трансгенерационному наследованию. Помимо ДНК, на процессы в клетке влияют химические метки и специфическая пространственная организация генома — эпигенетические характеристики. Белки PcG играют регуляторную роль, влияя на 3D-конфигурацию хромосом, что устанавливает определенные взаимодействия между генами в ядре. Положение гена определяет, активен он или репрессирован.

Свойства эпилиний

Временное нарушение этих взаимодействий позволило создать эпилинии Drosophila с разными уровнями PcG-зависимой репрессии или активации генов. Секвенирование генома подтвердило, что эпилинии изогенны (генетически идентичны).

Несмотря на идентичную ДНК, целостность эпилиний и их уникальные фенотипические характеристики могут сохраняться в ряду поколений. Однако явление обратимо. Скрещивание мух со сверх- или недостаточной экспрессией генов с мухами без таких модификаций «сбрасывает» цвет глаз, не изменяя последовательность ДНК, что доказывает эпигенетическую природу наследования.

Влияние среды и значение

Новые условия окружающей среды, такие как изменение температуры, могут влиять на экспрессию эпигенетической информации на протяжении нескольких поколений, но не стирают эту информацию. Такие транзиторные эффекты факторов среды, воздействовавших на предыдущие поколения, иллюстрируют гибкую природу этого эпигенетического механизма.

Эксперименты в «микрокосмах», воссоздающих естественные условия, подтвердили, что эпигенетическое наследование у Drosophila может сохраняться в дикой природе.

Таким образом, доказано существование стабильного трансгенерационного эпигенетического наследования, опосредованного Polycomb и зависящего от 3D-структуры хромосом. Эти открытия предлагают новые горизонты для биомедицинской науки и предполагают, что эпигенетика может частично объяснить «недостающую наследуемость» — отсутствие видимой связи между генетическим составом и некоторыми нормальными наследственными признаками и заболеваниями.