Новое исследование демонстрирует влияние на потомство эпигенетического наследования через сперму

Могут ли изменения в экспрессии генов, не затрагивающие саму последовательность ДНК, передаваться от родителей детям и последующим поколениям? Это явление, называемое трансгенерационным эпигенетическим наследованием, остается спорным из-за неясности механизмов.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Круз на примере нематодного червя Caenorhabditis elegans показали, что эпигенетическая информация, которую несут хромосомы родительской спермы, может вызывать изменения в экспрессии генов и развитии потомства.

Эпигенетические изменения включают химические модификации ДНК или гистоновых белков, с которыми ДНК упакована в хромосомах. Эти модификации или «метки» меняют экспрессию генов.

• Модельный организм: C. elegans был выбран, потому что упаковка ДНК с гистонами полностью сохраняется в его сперматозоидах (у млекопитающих она сохраняется лишь частично).
• Эксперимент: Кийоми Канеширо, ведущий автор исследования, селективно удалила специфическую гистоновую метку со сперматозоидов, а затем оплодотворила яйцеклетки этой модифицированной спермой.
• Ключевая инновация: Использование спермы и яйцеклеток от двух разных штаммов червей (британского и гавайского), что позволило различать хромосомы, унаследованные от отца и матери в клетках потомства.
• Результат: У потомства наблюдались изменения в экспрессии генов, напрямую вызванные удалением гистоновых меток со сперматозоидов. В частности, хромосомы спермы потеряли репрессивный сигнал, который в норме подавляет активность определенных генов в зародышевой линии потомства (клетках, дающих начало яйцеклеткам и сперматозоидам). В результате клетки зародышевой линии потомства стали включать нейрональные гены и начали развиваться в нейроны.

Удаленная в эксперименте гистоновая метка широко изучена и встречается у животных от червей до дрозофил и человека. «Эта метка обнаруживается на гистонах, которые сохраняются на хромосомах сперматозоидов у людей», — отмечает Канеширо.

Исследование показывает, что унаследованные эпигенетические метки влияют на экспрессию генов и развитие. Однако в эксперименте метки изменялись искусственно. Остается неясным, как воздействие окружающей среды на взрослый организм может изменить эпигенетические метки в его половых клетках, чтобы эти эффекты могли передаваться следующим поколениям.

«Наши выводы поднимают возможность того, что гистоновые метки являются переносчиками трансгенерационного эпигенетического наследования», — говорит Канеширо.