Эпигенетический ключ к изменению поведения
Исследователи вышли за рамки спора «природа против воспитания» в отношении поведения. Понятно, что роль играют и гены, и среда. Однако, как они взаимодействуют на молекулярном уровне, оставалось неясным.
Новое исследование проливает свет на эту взаимосвязь. Работа, опубликованная в PNAS, показывает, как эпигенетика — изменения в экспрессии генов, не меняющие ДНК — взаимодействует с генами, формируя разное пищевое поведение у плодовых мушек. Это исследование раскрывает молекулярный механизм, заставляющий мух-«странников» (rovers) добывать пищу активнее, чем мух-«сидельцев» (sitters). Это первое в своём роде исследование, показывающее причинно-следственную связь между эпигенетикой, генетикой и поведением.
«У нас есть эмпирический пример того, насколько важно это взаимодействие для различий в поведении любого рода», — говорит ведущий автор Ина Анрайтер. По её словам, эти находки могут помочь понять, чем отличается поведение отдельных особей — будь то плодовые мушки, мыши или даже люди.
Анрайтер — аспирант в лаборатории CIFAR Вестонского стипендиата Марлы Соколовски в Университете Торонто. Соколовски, со-директор программы CIFAR «Ребёнок и развитие мозга», изучает «ген фуражирования» (foraging gene) у дрозофил с момента его открытия в 1980-х. Исследование частично финансировалось CIFAR и проводилось в сотрудничестве с Джейми Крамером из Западного университета.
Учёные начали с выделения продуктов гена и определения ключевых для формирования разного пищевого поведения. Эпигенетический регулятор G9a оказался необходимым для различий между «странниками» и «сидельцами». Он взаимодействует с геном фуражирования, оставляя эпигенетические метки (путём добавления метильных групп) на белках, связанных с ДНК одного из промоторов этого гена. У «странников» метилирование было выше, что снижало экспрессию РНК с этого промотора. Это показало, что разная генетика «странников» и «сидельцев» взаимодействует с эпигенетическими механизмами, регулируя поведенческие различия.
Анрайтер пошла дальше, продемонстрировав причинно-следственную связь. Она вмешалась в специфичные РНК-транскрипты одного из промоторов гена фуражирования и успешно обратила фенотип, отличавший мух: «сидельцы» превратились в «странников». Это дало понимание, как сложные гены со множеством продуктов регулируют поведение. Как в данном случае, пищевое поведение регулируется лишь одним из четырёх классов продуктов гена.
Такой трансгенный подход неприменим к людям, у которых есть своя версия гена фуражирования. Однако результаты всё равно дают важное понимание нашего поведения. «В работе с людьми мы не могли понять механизм, как это происходит, а с плодовой мушкой — можем», — говорит Соколовски.
Анрайтер предполагает, что с помощью этого метода можно моделировать человеческое поведение на дрозофилах и изучать его механизмы. Исследование было вдохновлено дискуссиями в программе «Ребёнок и развитие мозга» с экспертами от генетиков, работающих с дрозофилами, до клиницистов. Особый интерес вызвала работа советницы Элизабет Биндер об агрессии и детской травме. Биндер показала, что история жестокого обращения в детстве оставляет эпигенетические метки, и генетическая предрасположенность может влиять на устойчивость к этим изменениям.
«Одним из главных вопросов программы “Ребёнок и развитие мозга” на протяжении многих лет было то, как опыт закрепляется в нашей биологии и каковы его механизмы», — говорит Соколовски.
С раскрытием молекулярного механизма одного типа поведения у исследователей появился новый путь для потенциального открытия многих других.