Эпигенетическая наследственность – как, где, когда?
Раскрыт механизм наследования эпигенетической информации
LifeSciencesToday по материалам University of Cambridge: Scientists discover how epigenetic information could be inherited
Новое исследование ученых Кембриджского университета (Великобритания) показывает, как опыт, полученный родителями, может быть передан генам их потомства. Понимание механизмов передачи эпигенетической информации и ее сброса поможет в борьбе с заболеваниями, связанными с накоплением аберрантных эпигенетических маркеров, такими как рак, или для «омолаживания» старых клеток.
Эпигенетика – система молекулярных механизмов, активирующих и подавляющих экспрессию наших генов, в которой используются химические метки, известные как эпигенетические маркеры. Связываясь с ДНК, эпигенетические маркеры указывают клеткам, использовать или не использовать тот или иной ген.
Самым распространенным эпигенетическим маркером является метильная группа. Связывание метильных групп с ДНК в процессе метилирования блокирует присоединение к ДНК белков, которые обычно активируют гены. В результате ген не экспрессируется.
Ученые располагают свидетельствами эпигенетического наследования – передачи потомству изменений в тех или иных признаках, возникших у родителей в процессе их жизни. Например, известны исторические случаи влияния на здоровье детей и внуков голода, пережитого их родителями и дедами, возможно, объясняющиеся наследованием изменений в метилировании, обусловленных недостаточным питанием.
Тем не менее, считается, что между поколениями эпигенетические маркеры стираются в так называемых примордиальных зародышевых клетках (primordial germ cells) – предшественниках сперматозоидов и яйцеклеток. Это «перепрограммирование» позволяет всем генам быть считанными «с чистого листа», ставя перед учеными вопрос – как же в таком случае реализуется механизм эпигенетического наследования?
В ходе исследования английские ученые нашли ответ на вопрос, интенсивно изучавшийся в течение последних 10 лет, – как происходит стирание маркеров метилирования ДНК в примордиальных зародышевых клетках? Им удалось выяснить, что метильные группы преобразуются в гидроксиметильные, которые затем постепенно исчезают в процессе клеточного деления. Этот процесс представляется удивительно эффективным, и его результатом является «обнуление» эпигенетической информации для каждого нового поколения. Понимание механизма эпигенетического сброса может быть использовано в борьбе с заболеваниями, связанными с накоплением аберрантных эпигенетических маркеров, такими как рак, или для «омолаживания» старых клеток.
Тем не менее, исследователи пришли к выводу, что в некоторых редких случаях маркеры метилирования могут «избежать» этого процесса перепрограммирования и, таким образом, передаться потомству, объясняя механизм эпигенетического наследования. В ответ на воздействие факторов окружающей среды, таких как химические соединения или питание, аберрантное метилирование генов может происходить в течение жизни индивидуума, приводя к аномальной экспрессии генов и развитию болезней. Если эти метки будут унаследованы потомками, экспрессия их генов также может оказаться патологически измененной.
«Наше исследование объясняет, как гены могут хранить память о своем прошлом опыте, показывая, что одно из серьезных возражений против теории эпигенетического наследования – то, что эпигенетическая информация не передается следующему поколению, – должно быть переоценено», – говорит руководивший исследованием доктор Джейми Хэкетт (Jamie Hackett). «По-видимому, несмотря на то, что предшественники сперматозоидов и яйцеклеток очень эффективны в удалении большинства маркеров метилирования, они могут и ошибаться и, хотя и довольно редко, позволяют эпигенетической информации передаваться следующим поколениям. Наследование характерной эпигенетической информации потенциально может способствовать появлению измененных признаков или предрасположенности к заболеваниям у будущего потомства. Однако пока не ясно, какие последствия, если таковые имеются, эпигенетическое наследование может иметь для организма человека. Дальнейшие исследования должны дать нам более четкое представление о степени, в которой наследственные признаки могут быть результатом эпигенетического, а не генетического наследования. Это может иметь огромное значение для будущих поколений».
По мнению участника исследования профессора Азима Сурани (Azim Surani), эта работа, во-первых, может дать информацию о том, как стереть аберрантные эпигенетические маркеры, которые могут лежать в основе некоторых заболеваний. Во-вторых, она поможет выяснить, может ли воздействие экологических факторов или питание влиять на приобретение зародышевыми клетками родителей новых эпигенетических маркеров, которые могут избежать стирания и передаться последующим поколениям с потенциально нежелательными последствиями.
Исследование финансировалось Wellcome Trust и опубликовано в журнале Science:
Hackett et al., Germline DNA Demethylation Dynamics and Imprint Erasure Through 5-Hydroxymethylcytosine.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
28.01.2013