Биологи впервые наблюдали прямое наследование РНК, подавляющей гены
Основы генетического наследования хорошо известны: родители передают потомству по половине своей ДНК. Считается, что этот генетический «рецепт» содержит всю информацию, необходимую новому организму для построения и функционирования тела.
Однако последние исследования показывают, что у некоторых видов жизненный опыт родителей может влиять на потомство. Недоедание, воздействие токсинов или болезнь могут вызывать изменения в паттернах экспрессии генов родителя, и в некоторых случаях эти изменения могут передаваться следующему поколению. Однако механизмы этого эффекта — известного как негенетическое наследование — остаются загадкой.
Новое исследование Университета Мэриленда предлагает неожиданное возможное объяснение. Впервые биологи-эволюционисты наблюдали, как молекулы двуцепочечной РНК (dsRNA) — близкой родственницы ДНК, способной «замолчать» гены внутри клеток — напрямую передаются от родителя к потомству у круглого червя Caenorhabditis elegans. Важно, что эффект подавления гена, созданный молекулами dsRNA у родителей, также сохранялся у их потомства.
Работа, опубликованная 17 октября 2016 года в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что механизмы негенетического наследования могут быть проще, чем кто-либо предполагал.
«Это первый случай, когда мы увидели, как молекула dsRNA передается из одного поколения в другое», — сказал Энтони Хосе, старший автор исследования. — «Предполагалось, что dsRNA изменяет генетический материал родителя, и этот измененный материал передается следующему поколению. Но наши наблюдения показывают, что РНК исключает посредника».
Команда ввела dsRNA, помеченную флуоресцентной меткой, в кровеносную систему червей C. elegans. Затем они наблюдали, как эти флуоресцентные молекулы РНК физически перемещались из кровеносной системы родителя в яйцеклетку, ожидающую оплодотворения.
Неожиданно оказалось, что некоторые молекулы dsRNA не могли подавлять гены у родителя, потому что их последовательность не соответствовала ни одному из родительских генов. Однако эти же молекулы dsRNA подавляли гены у потомства, когда новый червь получал копию соответствующего гена от второго родителя. Это говорит о том, что в некоторых случаях подавление гена с помощью dsRNA может «перепрыгнуть» через целое поколение.
«Поразительно, что мы можем видеть, как dsRNA пересекает границы поколений. Наши результаты предоставляют конкретный механизм того, как среда одного поколения может влиять на следующее», — отметил Хосе. — «Но вдвойне удивительно видеть, что родитель может передавать информацию для подавления гена, которого у него самого нет».
Исследователи не ожидали, что dsRNA будет играть такую прямую роль в передаче информации между поколениями. Поскольку dsRNA участвует в жизненном цикле многих вирусов, можно было бы предположить, что естественные защитные механизмы живой клетки предотвратят её вторжение в следующее поколение.
«Это очень удивительно. Можно было бы подумать, что следующее поколение защищено, но мы видим, как все эти молекулы dsRNA «сбрасываются» в следующее поколение», — добавил Хосе. — «Яйцеклетки используют тот же механизм для поглощения питательных веществ при подготовке к оплодотворению. Следующее поколение получает не только питание, но и информацию».
Учёные надеются больше узнать о точных механизмах, с помощью которых dsRNA «замолкает» гены на протяжении нескольких поколений.
«Есть намёки, что подобное может происходить и у людей. Мы знаем, что РНК присутствует в человеческой крови. Но мы не знаем, откуда берутся эти молекулы РНК, куда они направляются и что именно делают», — сказал Хосе. — «Наша работа раскрывает захватывающую возможность — они могут быть посланиями от родителей их потомству».