Эпигенетические изменения передаются через много поколений
Новый механизм эпигенетического наследования
может изменить наше понимание эволюции
Основы наследственности известны уже более века, и суть их, по мнению ученых, состоит в следующем: если хорошие гены помогают родителям выживать и размножаться, родители передают их своему потомству. Однако недавние исследования показали, что реальность намного сложнее: гены могут быть «выключены» в ответ на окружающую среду и другие факторы, и иногда эти изменения тоже могут передаваться из поколения в поколение.
Феномен, получивший название эпигенетической наследственности, остается недостаточно изученным и понятым. Генетик из Университета Мэриленда (University of Maryland, UMD) Энтони Хосе (Antony Jose), PhD, и два его аспиранта – первые, кто решил выяснить конкретный механизм, с помощью которого родители могут передавать своему потомству молчащие гены. Как установили исследователи, это подавление, или сайленсинг, генов может сохраняться в нескольких поколениях – в их экспериментах более чем в 25.
Исследование Энтони Хосе и его коллег, опубликованное в раннем онлайн издании Proceedings of the National Academy of Sciences (Double-stranded RNA made in C. elegans neurons can enter the germline and cause transgenerational gene silencing), может в значительной степени изменить наше понимание эволюции животных, а также помочь в разработке методов лечения широкого круга генетических заболеваний.
«Ученых давно интересует, каким образом информация из окружающей среды иногда передается следующему поколению», – говорит доктор Хосе, доцент кафедры клеточной биологии и молекулярной генетики UMD. «Это первая механистическая демонстрация того, как это может происходить. Это уровень организации, о существовании которого у животных мы раньше не знали».
Исследователи работали с круглым червем Caenorhabditis elegans, видом, часто используемым в лабораторных экспериментах. Генетически модифицировав нервные клетки червей, они «заставили» их синтезировать молекулы двухцепочечной РНК (дцРНК), соответствующие определенному гену. (РНК – близкий родственник ДНК и представлена в организме множеством различных вариантов, в том числе дцРНК.) Молекулы дцРНК, как известно, перемещаются между клетками организма (любыми клетками за исключением зародышевых половых, производящих яйца и сперматозоиды) и могут заставить замолчать гены, если их последовательность «подходит» к соответствующему участку ДНК клетки.
Самым значительным открытием доктора Хосе и его коллег было то, что дцРНК могут перемещаться из соматических в зародышевые половые клетки и подавлять гены в последних. Еще более удивительно, что этот сайленсинг может сохраняться у более чем 25 поколений C. elegans. Это означает, что, если такой механизм существует и у других животных (возможно, включая человека), то в ответ на окружающую среду биологический вид может эволюционировать совершенно другим способом.
Механизм сайленсинга генов у C.elegans. Нейроны (показаны пурпурным) могут экспортировать двухцепочечную РНК (оранжевая стрелка), соответствующую определенному гену (зеленый), в зародышевые половые клетки, что приводит к подавлению в них экспрессии этого гена (черный). Этот сайленсинг может сохраняться более чем у 25 поколений животных. (Рисунок из пресс-релиза New mechanism of inheritance could advance study of evolution, disease treatment – ВМ.)
«Этот механизм дает животному инструмент для намного более быстрой эволюции», – объясняет д-р Хосе. «Нам еще нужно выяснить, действительно ли этот инструмент используется таким образом, но это по крайней мере возможно. Если животные используют такой транспорт РНК для адаптации, это будет означать новое понимание того, как происходит эволюция».
Долговременная стабильность эффекта сайленсинга очень важна с точки зрения разработки методов лечения генетических заболеваний. Ключом к этим методам является процесс, известный как РНК-интерференция – подавление экспрессии генов с помощью дцРНК. В качестве потенциального метода генной терапии этот процесс изучается уже более десятилетия, потому что позволяет сделать мишенью соответствующей дцРНК ген любой болезни. Но основным препятствием здесь всегда оставалась нестабильность сайленсинга, влекущая за собой необходимость повторного введения пациенту высоких доз дцРНК.
«Как метод терапии РНК-интерференция очень перспективна, но эффективность лечения снижается с течением времени с каждым новым делением клетки», – поясняет д-р Хосе. «Возможно, именно эта дцРНК, из нервных клеток C.elegans, имеет какие-то химические модификации, обеспечивающие стабильный сайленсинг на протяжении многих поколений. Дальнейшее изучение этой молекулы может помочь решить проблему эффективности основанной на РНК-интерференции терапии».
Доктор Хосе признает большие различия между круглым червем и человеком. В отличие от более простых животных млекопитающим известны механизмы, перепрограммирующие молчащие гены в каждом новом поколении. На первый взгляд, это, казалось бы, исключает возможность эпигенетического наследования. И все же уже имеющиеся данные говорят о том, что окружающая среда может вызывать своего рода трансгенерационный эффект и у млекопитающих. Д-р Хосе считает, что работа его группы предлагает перспективный путь к пониманию того, как это происходит.
«Это плодотворная область исследований, которая обеспечит нас работой на будущие 10 и даже более лет», – резюмирует ученый. «Цель состоит в том, чтобы достичь очень четкого понимания – в простых терминах – всех инструментов, которые животное может использовать для эволюционного развития».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
05.02.2015