Епігенетичні інструкції - успадковуються

Яйцеклітина дрозофіли. Стрілкою позначено епігенетичну модифікацію H3K27me3.

Ми більше, ніж сума генів. Епігенетичні механізми, керовані такими факторами, як раціон, хвороби або спосіб життя відіграють важливу роль в управлінні ДНК. Фактично, вони здатні вмикати або вимикати певні гени. Протягом довгого часу активно обговорювалося, чи можуть епігенетичні зміни, накопичені протягом усього життя, перейти у спадок до дітей або навіть онуків. Тепер дослідники з Інституту імунобіології та епігенетики Товариства Макса Планка (нім. max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik) змогли представити переконливі докази того, що на експресію генів нащадків впливає не тільки сама ДНК, а й епігенетичні інструкції, що передаються у спадщину. Виявилося, що материнська «епігенетична пам'ять» необхідна для розвитку і виживання нових поколінь.

У людському організмі присутні клітини 250 різних видів. Всі вони містять одні й ті ж азотисті підстави, розташовані в одному і тому ж порядку. Тим не менш, клітини печінки і нейрони виглядають по-різному - відрізняються і їх функції. Це різноманітність і забезпечується епігенетичними процесами. Вони маркують окремі фрагменти ДНК так, що білки, відповідальні за активацію генів, наближаються або, навпаки, не можуть наблизитися до цих ділянок. На відміну від фіксованих послідовностей «букв» ДНК, епігенетичні модифікації можуть змінюватися протягом життя - у відповідь на зміни умов навколишнього середовища або способу життя. Наприклад, куріння змінює епігенетичні маркери легкових клітин, що, зрештою, може призвести до розвитку раку. Стреси, хвороби та особливості харчування теж відбиваються на епігенетичній пам'яті клітин.

Протягом довгого часу вважалося, що епігенетичні модифікації ніколи не передаються наступним поколінням. Вчені вважали, що епігенетична пам'ять повністю «обнуляється» в процесі дозрівання яйцеклітин або сперматозоїдів. І тільки відносно недавно, на початку 1990-х, з'явилися перші повідомлення про те, що епігенетичні маркери насправді здатні передаватися у спадок. Ця інформація викликала величезний інтерес з боку наукової спільноти, але механізми успадкування епігенетичних особливостей залишалися неясними. "Ми бачили ознаки передачі епігенетичних модифікацій. Наприклад, епідеміологічні дослідження виявили зв'язок між дієтою дідів і підвищенням ризику цукрового діабету і серцево-судинних захворювань у онуків. Відтоді автори різних досліджень припускали, що епігенетична спадковість існує, але її молекулярні механізми залишалися незрозумілі ", - розповідає один з авторів дослідження Нікола Іовіно (Nicola Iovino).

Іовіно і його співробітники з Інституту імунобіології та епігенетики Товариства Макса Планка використовували дрозофіл в якості модельних тварин. Метою дослідження стало вивчення процесу передачі епігенетичних модифікацій від матері до зародка. Вчені сфокусувалися на певній модифікації, що називається H3K27me3 - вона присутня і у людей. H3K27me3 змінює хроматин, в основному, пригнічуючи експресію генів.

Дослідники виявили, що модифікація H3K27me3, що позначає хроматин в материнській яйцеклітині, присутня і в ембріоні після запліднення, хоча інші епігенетичні маркери «стираються». Коли вчені уважно вивчили ембріон, вони виявили, що за відсутності H3K27me3 деякі важливі гени - в нормі вимкнені в ході раннього ембріогенезу - виявляються увімкненими. "Ми вважаємо, що занадто раннє включення цих генів порушує ембріогенез і, врешті-решт, призводить до загибелі зародку. Мабуть, успадкована епігенетична інформація потрібна для коректної обробки генетичного коду ембріона ", - пояснює співавтор роботи Фідес Ценк (Fides Zenk).

Вченим вдалося не тільки продемонструвати, що епігенетичні модифікації передаються з покоління в покоління, але знайти дані, які підтверджують, що передача цих модифікацій від матері потомству - це тонко налаштований механізм, необхідний для управління активацією генів у складному процесі раннього ембріогенезу. Оскільки порушення епігенетичних механізмів може призводити до розвитку таких захворювань, як рак, діабет і аутоімунні розлади, результати нового дослідження можуть виявитися важливими для медицини.