Ученые из Калифорнийского университета в Санта-Круз (США) продемонстрировали, как распространенный тип эпигенетической модификации может передаваться по наследству не только от родителей к потомству, но и к следующему поколению («внучатому потомству»). Это называется «трансгенерационным эпигенетическим наследованием», и оно может объяснить, как на здоровье и развитие организма может влиять опыт его ближайших предков, передает EurekAlert! со ссылкой на университет.

Результаты работы опубликованы в журнале PNAS.

Ученые сосредоточились на конкретной модификации белка-гистона, которая изменяет способ упаковки ДНК в хромосомах. Известно, что эта широко изученная эпигенетическая метка, известная как H3K27me3, отключает или «подавляет» пораженные гены. Она есть у всех многоклеточных животных и у человека. Встречается метка и у червя-нематоды C. elegans, которого использовали в этом исследовании в качестве модельного организма.

«Эти результаты устанавливают причинно-следственную связь между гистоновыми метками, передаваемыми сперматозоидами, и экспрессией генов, а также развитием у потомков и внуков», — сказала автор-корреспондент Сьюзан Строум, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития в Калифорнийском университете в Санта-Крус.

Гистоны являются основными белками, участвующими в упаковке нитей ДНК в хромосомах. Эпигенетическая метка H3K27me3 относится к метилированию определенной аминокислоты в гистоне H3. Это приводит к более плотной упаковке ДНК, что в меньшей степени позволяет активировать гены в этой области.

Ученые выборочно удаляли эту гистоновую метку из хромосом сперматозоидов червя, которыми затем оплодотворяли яйцеклетки с полностью маркированными хромосомами. В полученном потомстве исследователи наблюдали аномальные признаки экспрессии генов, при этом гены на отцовских хромосомах (унаследованные от сперматозоидов) включались в отсутствие репрессивной эпигенетической метки. Это привело к тому, что ткани включили гены, которые они обычно не экспрессируют.

Например, зародышевая ткань (производящая яйцеклетки и сперматозоиды) включала гены, которые обычно экспрессируются в нейронах. Это показывает, что тканевый контекст определяет, какие гены активируются. Анализ хромосом в ткани зародышевой линии потомства показал, что в активированных генах по-прежнему отсутствовала репрессивная гистоновая метка, в то время как на генах, которые не были включены, эта метка была восстановлена.

«В зародышевой линии потомства некоторые гены были аберрантно включены и оставались без репрессивной метки, в то время как остальная часть генома восстанавливала метку, и этот паттерн передавался потомству, — объяснила Строум. – Мы предполагаем, что если этот образец упаковки ДНК сохранится в зародышевой линии, он потенциально может передаваться многим поколениям».

У потомков исследователи наблюдали ряд эффектов развития. Например, некоторые черви были полностью бесплодны. Такое сочетание результатов связано с тем, как хромосомы распределяются во время клеточных делений, в результате которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки, что приводит к множеству различных комбинаций хромосом, которые могут быть переданы следующему поколению.

Авторы работы считают, что эта особенность экспрессии и развития генов характерна не только для червей, но для всех животных.