От осьминога до слона: молекулярный зоопарк эпигенетики

Эпигеном обеспечивает молекулярный контроль доступа к генам — это «программное обеспечение», защищающее наше генетическое «железо» от активации в неподходящих клетках. ДНК-метилирование — ключевой эпигенетический механизм, при котором метильные группы (CH₃) метят участки ДНК для плотной упаковки и защиты от ошибочной активации.

«ДНК-метилирование обеспечивает клеткам эпигенетическую память, гарантируя, что клетка печени всегда остаётся клеткой печени, а клетка сердца — клеткой сердца», — объясняет Кристоф Бок, главный исследователь в CeMM и профессор Венского медицинского университета.

Более 500 видов животных впервые картированы эпигенетически

Учёные из исследовательской группы Бока в CeMM проанализировали профили ДНК-метилирования у 580 различных видов животных, обработав 2443 образца тканей. Образцы были получены из различных источников, включая сердца, печень, лёгкие, жабры, почки и мозг.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

ДНК-метилирование оказалось древнее, чем считалось

Данные показывают, что принципы ДНК-метилирования у животных 500 миллионов лет назад были очень похожи на современные. Закономерности схожи у млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, рыб и беспозвоночных.

«Мы смогли предсказать распределение ДНК-метилирования в геноме слона, используя модель, созданную для осьминога. Эти эпигенетические паттерны, вероятно, существовали у последнего общего предка этих животных», — поясняет Дарья Романовская.

У позвоночных генетический код эпигенетики выглядит более чётким и предписывающим, чем у беспозвоночных. Сложные животные, включая человека, особенно зависят от эпигенетической защиты генома через ДНК-метилирование.

Эволюционная адаптация к сложным организмам и условиям среды?

Результаты исследования указывают, что ДНК-метилирование может быть механизмом защиты от рака. Более высокий теоретический риск рака в целом коррелировал с более высоким уровнем ДНК-метилирования. Эта связь особенно заметна у птиц.

Большинство птиц, включая крупных и долгоживущих (орлы, пингвины), имеют низкий риск рака. Повышенный уровень ДНК-метилирования у таких птиц может помогать защищать их от онкологических заболеваний, что является возможным объяснением парадокса Пето.

Новые методы для анализа ДНК-метилирования в эволюции

Исследование представляет собой наиболее полный на сегодня анализ эпигенетики в эволюционном контексте. Команда разработала и оптимизировала метод анализа ДНК-метилирования независимо от референсных геномов, что важно для многих видов, чьи геномы ещё не секвенированы с высоким качеством.

«Наш новый метод позволяет изучать взаимодействие генетики и эпигенетики у тех видов животных, которые раньше были почти недоступны для эпигенетического анализа», — говорит Йоханна Клугхаммер, ныне профессор Генного центра Мюнхенского университета.