Передача эпигенетической информации опосредуется малыми РНК

У круглых червей голодание вызывает изменения в малых РНК, что позволяет им передавать приобретенные признаки последующим поколениям. (Фото: Columbia University Medical Center)

Ученые выяснили, как эффект голодания передается потомству

Данные, полученные на основе изучения последствий голода в человеческих популяциях и в экспериментах на животных, показывают, что голодание может оказывать влияние на здоровье потомства. Но как такой приобретенный признак может передаваться от одного поколения к другому, оставалось неясным. Новое исследование, проведенное на круглых червях, показывает, что голодание вызывает специфические изменения в так называемых малых РНК, и что эти изменения передаются, по меньшей мере, трем последующим поколениям, по-видимому, без участия ДНК. Исследование, проведенное в Медицинском центре Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, CUMC), опубликованное в интернет-издании журнала Cell, представляет новые доказательства того, что биология наследственности более сложна, чем считалось ранее.

Идея, что приобретенные признаки могут наследоваться, восходит к Жан-Батисту Ламарку (Jean Baptiste Larmarck, 1744-1829), который предполагал, что виды эволюционируют, когда, адаптируясь к окружающей среде, индивиды передают приобретенные признаки своим потомкам. Например, по Ламарку, у жирафов развились длинные шеи, так как они тянулись за листьями высоких деревьев, которыми питались, – приобретенное преимущество, унаследованное последующими поколениями. В отличие от Ламарка Чарльз Дарвин (1809-82) позже предположил, что эволюцией видов движут случайные мутации, которые дают организму конкурентное преимущество. В случае жирафа индивиды, у которых случайно развились немного более длинные шеи, получили больше шансов на обеспечение питанием и, таким образом, смогли дать больше потомства. Последующее развитие генетики наследственности подтвердило теорию Дарвина, и идеи Ламарка были преданы забвению.

«Однако, такие события, как голландский голод во время Второй мировой войны, вынудили ученых по-новому взглянуть на наследование приобретенных признаков», - говорит руководитель исследования Оливер Хоберт (Oliver Hobert), PhD, профессор биохимии и молекулярной биофизики, сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) в CUMC. Дети, а также и внуки, голодавших женщин, родившиеся во время голода, были чрезвычайно предрасположены к ожирению и другим метаболическим нарушениям. Контролируемые эксперименты на животных показали аналогичные результаты. Так, исследования на крысах продемонстрировали, что от самцов, находившихся на длительной диете с высоким содержанием жиров, рождались потомки женского пола с чрезвычайно высокой предрасположенностью к ожирению.

Наследственная передача малых РНК (красные столбцы) потомству голодавших червей приводит к увеличению продолжительности жизни поколения F3. (Фото: Laboratory of Dr. Hobert/Columbia University Medical Center)

В 2011 году постдокторант лаборатории доктора Хоберта Одед Речави (Oded Rechavi) установил, что круглые черви (C. elegans) с резистентностью к одному из вирусов передают этот иммунитет многим поколениям своих потомков. Иммунитет передавался в форме небольших подавляющих вирус РНК, работающих независимо от генома самого организма. В других исследованиях были получены сходные результаты, но ни в одном из них не изучался вопрос, может ли передаваться следующим поколениям биологическая реакция, индуцируемая внешними условиями, такими как голод.

Для ответа на этот вопрос доктор Хоберт и его коллеги провели эксперимент, в котором круглые черви не получали пищи в течение шести дней. Исследователи изучили молекулярные изменения в их клетках и установили, что голодавшие, но не контрольные, круглые черви вырабатывают определенный набор малых РНК. (Малые РНК участвуют в различных аспектах экспрессии генов, но не кодируют белки.) Эти малые РНК сохраняются, по меньшей мере, у трех поколений червей, хотя эти животные получают нормальное питание, а их мишенями являются гены, играющие роль в усвоении питательных веществ.

Так как эти малые РНК вырабатываются только в ответ на голодание, они должны были быть переданы от одного поколения к другому.

«Из других исследований мы знаем, что малые РНК могут передаваться из клетки в клетку по всему организму», - продолжает доктор Хоберт. «Поэтому вполне возможно, что индуцируемые голодом малые РНК проникли в половые клетки червей - то есть, в их сперму или яйца. При размножении эти малые РНК могли перейти по наследству в тела зародышевых клеток следующего поколения независимо от ДНК».

Голодание может влиять на здоровье потомства. Тем не менее, пока не ясно, влияет ли оно только на потомство первого поколения или имеет долгосрочные последствия; неясно и как наследуется такая эпигенетическая информация. У C. elegans сайленсинг генов, индуцированный малыми РНК, может сохраняться на протяжении нескольких поколений через трансгенерационно унаследованные молекулы малых РНК, но все известные трансгенерационные ответы в виде сайленсинга направлены против введенной в организм чужеродной ДНК. Ученые из CUMC установили, что остановка развития, вызванная голоданием, естественным и резким изменением окружающей среды, приводит к синтезу малых РНК, которые наследуются, по меньшей мере, на протяжении трех последующих поколений. Мишенями этих малых эндогенных трансгенерационно передаваемых РНК являются гены, играющие роль в усвоении питательных веществ. Лаборатория профессора Хоберта определила гены, необходимые для этого мультигенерационного эффекта. Более того, исследователи показали, что потомки голодавших животных поколения F3 отличаются увеличенной продолжительностью жизни, что подтверждает состоятельность понятия трансгенерационной памяти о прошлых условиях. (Рис. Cell)

Эксперименты показали, что потомство голодавших червей имело большую продолжительность жизни, чем потомство контрольных животных.

«Мы не показали, что индуцируемые голодом малые РНК ответственны за увеличения продолжительности жизни – это просто корреляция», - комментирует эти результаты Хоберт. «Но вполне возможно, что в последующих поколениях эти малые РНК служат средством контроля над экспрессией соответствующих генов».

Сделанные учеными из CUMC открытия не претендуют на немедленное клиническое приложение.

«Тем не менее, они действительно показывают, что мы должны не терять из виду и другие факторы – не только изменения в ДНК, – которые могут иметь долгосрочные последствия для здоровья организма», - считает Хоберт. «Иными словами, то, что произошло в жизни одного поколения, будь то голод или какое-либо другое травмирующее событие, может иметь отношение к здоровью его потомков на протяжении многих поколений».

По материалам

Study Shows How Effects of Starvation Can Be Passed to Future Generations

Оригинальная статья:

Oded Rechavi, Leah Houri-Ze’evi, Sarit Anava, Wee Siong Sho Goh, Sze Yen Kerk, Gregory J. Hannon, Oliver Hobert. Starvation-Induced Transgenerational Inheritance of Small RNAs in C. elegans

Источник: NanoNewsNet