Передача эпигенетической памяти через сперму: ключевые механизмы
Исследования на людях и животных показывают, что диета или стресс отца могут влиять на здоровье его потомков. Механизмы этой передачи между поколениями остаются загадкой.
Лаборатория Сьюзан Стром в UC Santa Cruz изучает этот феномен на круглом черве Caenorhabditis elegans, исследуя, как эпигенетические метки на хромосомах (влияющие на экспрессию генов) передаются от родителей к потомству. Новая работа, опубликованная 17 октября в Nature Communications, фокусируется на передаче эпигенетических меток через сперматозоиды C. elegans.
Исследование не только документирует такую передачу, но и показывает, что эпигенетическая информация, доставляемая спермой в эмбрион, необходима и достаточна для правильного развития зародышевых клеток (дающих начало яйцеклеткам и сперматозоидам) у потомства.
Суть эпигенетического наследования
Эпигенетические изменения не меняют последовательность ДНК, а представляют собой химические модификации самой ДНК или гистоновых белков, упаковывающих ДНК в хромосомах. Эти модификации влияют на включение/выключение генов. Передача таких изменений потомству называется трансгенерационным эпигенетическим наследованием.
Раньше считалось, что сперматозоиды не сохраняют гистоновую упаковку и потому не могут передавать основанную на гистонах эпигенетическую информацию. Однако недавние работы показали, что около 10% гистоновой упаковки сохраняется в сперматозоидах человека и мыши, причём в ключевых для развития регионах генома.
В сперматозоидах C. elegans и рыбки данио-рерио гистоновая упаковка сохраняется полностью, что делает их удобной моделью для изучения.
Ключевой эксперимент и выводы
Учёные сосредоточились на конкретной эпигенетической метке — H3K27me3, которая является общепризнанным маркером подавленной экспрессии генов.
- Удаление этой метки с хромосом сперматозоидов приводило к стерильности большинства потомков.
- Используя мутантных червей, у которых в первом делении эмбриона хромосомы спермы и яйцеклетки разделяются, исследователи создали особей, чьи зародышевые клетки унаследовали только хромосомы (и эпигенетические метки) сперматозоидов. Эти черви были фертильны и имели нормальные паттерны экспрессии генов.
Вывод: Эпигенетическая упаковка ДНК в сперматозоидах важна (её отсутствие ведёт к стерильности) и достаточна для нормального развития зародышевой линии.
Перспективы и дальнейшие исследования
Хотя работа показывает важность эпигенетической информации спермы, она не объясняет напрямую, как жизненный опыт отца влияет на потомство. Лаборатория Стром сейчас исследует этот вопрос, подвергая червей перед размножением воздействию алкоголя или голода.
Цель — понять:
- Как меняется хроматиновая упаковка у родителя.
- Как информация о воздействии среды передаётся в зародышевые клетки.
- Как эти изменения влияют на потомство.
Текущее исследование устанавливает принципиальную возможность: если среда, в которой находится отец, меняет эпигенетику хромосом его сперматозоидов, это может повлиять на здоровье его детей.