Человеческие матери выращивают младенцев в животе в течение девяти месяцев, а затем после родов проводят годы, воспитывая и лелея своих детей, обучая их выполнять как базовые, так и сложные задачи выживания. А вот плодовые мушки откладывают яйца, которым дают развиваться самостоятельно. Это заставляет их казаться безответственными родителями, просто бросающими своих молодых. Однако новое исследование, проведенное лабораторией Асифы Ахтар в Институте иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге, предполагает, что мамы плодовых мух на самом деле обеспечивают успех своего потомства, предоставляя им инструкции для жизни, закодированные глубоко в их эпигеномах.
От генома к эпигеному
Мы наследуем генетическую информацию от наших родителей, закодированную в последовательности ДНК. Однако, несмотря на то, что все клетки человеческого тела содержат одну и ту же ДНК, они «экспрессируют» разные гены для выполнения разных функций. ДНК обернута вокруг гистоновых белков, образуя единую повторяющуюся единицу, называемую нуклеосомой.
Многие нуклеосомы соединяются вместе, образуя «хроматин», расположенный в ядрах всех клеток.
Эпигенетические модификации, такие как добавление химических групп к гистонам, приводят к изменениям в организации хроматина, которые могут запускать активацию («экспрессию») гена или подавление гена. Таким образом, эпигенетика представляет собой дополнительный уровень информации, который помогает клеткам определять, какие гены активировать.
Таким образом, несмотря на общий геном, клетки нашего тела обладают разными «эпигеномами»."
Передача информации от матери из поколения в поколение
Половые клетки родителя, ооцит и сперматозоид сливаются, образуя новый организм во время оплодотворения. Считается, что большинство эпигенетических меток стираются между поколениями. Этот эпигенетический сброс позволяет заново считывать все гены для каждого нового человека.
Теперь ученые из лаборатории Асифы Ахтар обнаружили, что одна конкретная модификация гистона, ацетилирование гистона H4 по 16-му лизину (коротко H4K16ac), сохраняется от поколения к поколению от материнского ооцита к молодому эмбриону.
«H4K16ac представляет собой эпигенетическую модификацию, которая обычно связана с активацией генов. Однако мы знаем, что гены не экспрессируются ни в ооците, ни в первые 3 часа жизни эмбриона.
Возникает вопрос: что делает H4K16ac на этой ранней стадии??- говорит Асифа Ахтар. Чтобы исследовать функцию этой гистоновой метки в раннем развитии мух, команда провела ряд полногеномных анализов. Они обнаружили, что многочисленные участки ДНК были «помечены» H4K16ac на ранних стадиях развития до начала активации их гена.
Эпигенетический совет матери важен для эмбрионального развития
Важность H4K16ac для потомства стала очевидной, когда мать не смогла передать этот знак своим детям. Ученые разработали эксперименты с использованием генетических подходов и трансгенных мух для удаления фермента MOF из маток мух. Известно, что MOF ответственен за осаждение модификации H4K16ac.
Примечательно, что когда ученые изучали потомство, которое было отложено без информации о H4K16ac, они обнаружили, что гены, помеченные H4K16ac в нормальных условиях, больше не экспрессируются должным образом, а их организация хроматина серьезно нарушена.
Большинство эмбрионов, которые не смогли получить материнские инструкции H4K16ac, впоследствии умерли от катастрофических дефектов развития. "H4K16ac выполняет инструктивную функцию в зародышевой линии и незаменим для эмбрионального развития в дальнейшем. Это похоже на то, как если бы мать оставила стикеры с инструкциями о том, где найти еду или кому позвонить в экстренной ситуации, и так далее, когда ребенок впервые остается дома один », – говорит Мария Самата, первый автор исследования.
Уроки от мух к человеку
«Тот факт, что мухи-матери обеспечивают успех своего потомства с помощью эпигенетики еще до того, как они зачаты, – замечательный результат», – говорит Асифа Ахтар.
Затем исследователи обратились к млекопитающим и обнаружили, что самки мышей также передают модификацию гистона H4K16ac своему потомству через свои ооциты. Это поднимает интригующую возможность того, что люди могут также использовать H4K16ac от матери в качестве «схемы» для успешного эмбрионального развития.
Так ли это и какую информацию может кодировать этот план – открытые вопросы для будущего расследования.