Эпигенетические изменения недолговечны
Учёные из Института биологии развития Общества Макса Планка (Германия) провели первое комплексное исследование спонтанных эпигенетических изменений. Используя модельное растение Arabidopsis, они выяснили, как часто и где в геноме возникают эпигенетические модификации — и как часто они исчезают.
Ключевые выводы:
- Частота: Эпигенетические изменения (эпимутации) происходят на три-четыре порядка чаще, чем обычные мутации ДНК.
- Стабильность: Многие эпимутации нестабильны и обратимы, возвращаясь к исходному состоянию через несколько поколений. Это делает их менее значимыми для долгосрочной эволюции, чем считалось ранее.
- Локализация: Эпимутации происходят не случайно, а часто в одних и тех же местах генома. Гены затрагиваются непропорционально часто, а метилирование мобильных элементов (транспозонов) остаётся очень стабильным.
Методология:
Исследователи под руководством Детлефа Вайгеля изучили десять линий Arabidopsis, происходящих от общего предка и размножавшихся самостоятельно в течение 30 поколений. Для каждого растения был построен полный метиллом — карта метилированных цитозинов в геноме.
Результаты:
- Каждая линия имела около 30 000 эпимутаций (изменений в метилировании) за 30 поколений, что в 1000 раз больше, чем мутаций ДНК.
- Однако прямое сравнение родителей и потомства показало, что реальная скорость эпимутаций в каждом поколении в 3–4 раза выше расчётной. Это доказывает, что многие изменения обратимы.
- Изменения метилирования целых крупных участков генома встречались редко — около 30 регионов на растение, что сопоставимо с частотой обычных мутаций ДНК.
Эволюционные и медицинские последствия:
- Для закрепления в популяции новая эпимутация должна иметь сильное эволюционное преимущество, чтобы "победить" высокую скорость обратных изменений.
- Ограниченная стабильность ДНК-метилирования означает, что эпигенетические изменения, вызванные внешними факторами (например, питанием), не обязательно сохраняются навсегда.
- Эпигенетические различия могут возникать спонтанно, даже в стабильных условиях. Учёные предполагают, что в природе, при постоянном стрессе, скорость эпимутаций может быть ещё выше, но, вероятно, выше и скорость их реверсии.