Детские впечатления влияют на геном

Отсутствие материнской заботы пробуждает в геноме «прыгающую ДНК».

Мы часто слышим о том, какое большое влияние оказывают на нас детские впечатления. И влияние это может быть даже глубже, чем мы себе представляем – как показали исследователи из Института Солка, поведение матери влияет на состояние генома у ее детей.

Изначально Трейси Бедросян (Tracy Bedrosian) и ее коллеги изучали связь между стрессом и активностью ретротранспозонов. Напомним, что транспозонами называют специфические последовательности в ДНК, которые могут копировать сами себя в новые участки генома; их поэтому ещё зовут мобильными генетическими элементами или «прыгающей ДНК».

У них есть несколько разновидностей, отличающихся по молекулярным механизмам самокопирования, и ретротранспозоны – одна из таких разновидностей. Транспозон может никак не сказываться на самочувствии клетки, если он копирует себя в те зоны ДНК, которые ничего не кодируют. Но если он вторгнется в кодирующую последовательность, то ген, скорее всего, перестанет работать, как надо, и у клетки могут начаться крупные неприятности.

Предполагалось, что активность транспозонов, их готовность перепрыгивать в новые места, может зависеть от стресса, и что материнский стресс может таким образом влиять на активность транспозонов детенышей, пока они находятся еще в утробе матери. В экспериментах беременных мышей сажали в разные клетки, либо очень тесные и скудно обставленные, где жить было неприятно, либо в просторные и с кучей игрушек, жить в которых было одно удовольствие. У мышат транспозоны – точнее, один из них, ретротранспозон LINE-1 (L1) – действительно вели себя по-разному, у одних в геноме появлялось больше копий L1, у других меньше. Но вскоре исследователи заметили, что активность транспозонов зависит не только от того, как сильно мышь-мать нервничала во время беременности.

Дальнейшие наблюдения показали, что один из факторов активности мобильных элементов – это то, сколько внимания мать уделяла новорожденным детенышам. Если мышь часто вылизывала и чистила мышат и вообще много с ними носилась, то у них в нейронах гиппокампа (одном из главных центров памяти) копий транспозонов оказывалось меньше по сравнению с теми, о ком заботились не так сильно.

В других клетках и органах – например, в нейронах лобной коры и клетках сердца – разницы в транспозонах не было, то есть разницу в заботе ощущал только гиппокамп. Наследственность была ни при чем: во-первых, у мышей-родителей тоже считали копии транспозона L1, и этих копий у них было примерно поровну, а во-вторых, если мышат передавали приемной матери, то все равно все зависело от того, как она о них заботилась.

Ретротранспозоны, которые копируют себя через РНК-стадию: на ДНК синтезируется несколько РНК-копий мобильного элемента, с которых потом, как с шаблона, происходит «вчитывание» ДНК-копий в другие участки генома. То есть активность такого транспозона зависит от того, насколько он открыт, насколько он доступен для белков, которые синтезируют РНК. В статье в Science говорится, что в геноме мышат, о которых мало заботились, была характерная особенность: тот участок ДНК перед ретротранспозоном L1, с которым должны связываться синтезирующие РНК белки, был для них легко доступен.

Обычно клетки стараются выключить транспозоны с помощью особого эпигенетического механизма регуляции генетической активности: ферменты ДНК-метилтрансферазы навешивают на ДНК метильные группы, и с таким метилированным фрагментом уже не могут связаться те самые белковые РНК-синтезирующие машины; в результате ген (будь то транспозон или какой-то еще) засыпает. Но у мышат, обделенных лаской, метилирующего фермента в клетках было мало, эпигенетический контроль ослабевал и транспозон просыпался.

Как именно материнская забота может влиять на активность эпигенетических ферментов, пока неясно, хотя авторы работы полагают, что тут все дело в прикосновениях: мать гладит и вылизывает детенышей, и сенсорные сигналы с кожи как-то превращаются в молекулярные сигналы.

Другой, не менее любопытный вопрос: сказывается ли такая повышенная активность транспозонов на самих мышатах? Как развиваются их когнитивные способности (вспомним, что транспозоны активничают в гиппокампе – центре памяти)? Влияет ли это на их поведение? Возможно, что как раз отчасти благодаря транспозонам у нерадивых родителей получаются дети «со странностями»; впрочем, прежде чем выдвигать столь сильные гипотезы, нужно все-таки дождаться здесь новых экспериментов.