В половых клетках нашли нестираемые эпигенетические модификации

В ДНК половых клеток обнаружены метильные модификации, которые остаются на своих местах даже при полном стирании прочих подобных модификаций. Возможно, именно эти устойчивые очаги метилирования отвечают за передачу эпигенетического кода потомству.

Известно, что стресс, курение, пережитые болезни, голод накладывают на нашу ДНК свой отпечаток. Отпечаток в прямом смысле слова: речь идёт об эпигенетических модификациях, когда сама последовательность ДНК остаётся прежней, а активность генов может поменяться радикально. (Справедливости ради стоит заметить, что такие модификации могут происходить не только на самой ДНК, но и на гистонах — белках, которые служат ДНК упаковкой.) Обычно речь идёт о метилировании цитозина, после чего ген становится неактивен. Однако модификация может происходить и в обратном направлении, когда ДНК освобождается от метильных групп и гены активируются.

Различные виды эпигенетических модификаций: модификации гистонов, ДНК и синтез микроРНК (рисунок AJC1).

Эпигенетический отпечаток воистину неизгладим: такие модификации сопровождают человека на протяжении всей жизни. Более того, эпигенетические изменения могут передаваться потомству. Например, дети и внуки людей, переживших голод, живут с теми же физиологическими изменениями, которые случились у их родителей и дедушек с бабушками. Вообще, примеров передачи эпигенетического кода потомству накопилось множество, однако тут есть важная проблема: как объяснить наследование эпигенетического кода? Передать его можно только через половые клетки. Исследователи неоднократно наблюдали за модификациями на ДНК во время созревания половых клеток и всякий раз наблюдали одну и ту же картину: все модификации исчезали.

Этот процесс происходил и в сперматозоидах, и в яйцеклетках. Со временем удалось расшифровать механизм, который стирал модификации: метилцитозин превращался в гидроксиметилцитозин, после чего модификация переставала воспроизводиться в дальнейших поколениях клеток, то есть, иными словами, модификация быстро и очень сильно «разбавлялась», становясь незаметной. Некоторые метильные группы исчезали лишь в момент оплодотворения. Всё это, однако, не отвечало на вопрос, как эти модификации потом восстанавливались в потомстве.

На деле же оказалось, что до сих пор исследователи не слишком тщательно следили за модификациями ДНК в половых клетках. Учёные из Кембриджского университета (Великобритания) сообщают на страницах Science, что им удалось найти нестираемые участки в ДНК, где метильные модификации сохранялись в течение всего созревания половой клетки, — и таких участков оказалось 233. Почему они оказываются нетронутыми, исследователи сказать пока не могут, хотя тут может быть два наиболее вероятных объяснения: либо деметилирующая машина работает с погрешностями, допуская ошибки в одних и тех же местах, либо есть специальный механизм, который восстанавливает метильные группы в определённых зонах.

Впрочем, главной своей цели учёные добились: им удалось доказать, что эпигенетический код может быть напрямую передан в следующее поколение. Теперь остаётся только проверить, существуют ли похожие стабильно модифицированные зоны в ДНК человека и действительно ли эти участки ДНК отвечают за изменения, связанные со стрессом, вредными привычками, питанием — в общем, с теми факторами среды, которые, как считается, накладывают на ДНК эпигенетический отпечаток.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета.