Как опыт родителей влияет на их детей
Исследователи продолжают искать молекулярные механизмы, которые объяснили бы, как образ жизни родителей может влиять на их потомство в нескольких поколениях.
Мы часто слышим о том, что обстоятельства жизни родителей накладывают свою печать на детей и даже внуков. Исследований на эту тему в последнее время появляется всё больше. Один из самых известных примеров – у тех, кому приходилось сильно голодать, дети и внуки будут более предрасположены к диабету и ожирению; влияние голода, распространяющееся через поколения, подтверждают как статистические медицинские исследования, так и эксперименты на животных. Точно так же через поколения может действовать и никотин: совсем недавно мы писали об экспериментах с самцами мышей, которым давали никотин и чьё потомство потом получалось с некоторыми особенностями. Похожие данные есть и про психологический стресс.
Однако до сих пор не очень понятно, как именно подобные обстоятельства могут влиять на несколько поколений вперёд. Если бы стресс или голод могли менять структуру ДНК, то есть вносить в мутации в последовательности тех или иных генов, то всё было бы просто: например, если из-за стресса появилась мутация в ДНК половых клеток, то от половых клеток она достанется и детям, и внукам. Но стресс и голод – это не ультрафиолет и не радиоактивное излучение, чтобы портить ДНК.
Обычно в таких случаях говорят про эпигенетическую наследственность. Наши гены просто обязаны реагировать на всё, что с нами происходит, и если у нас сильно изменилась диета, одни гены начинают работать сильнее, другие слабее. Существует масса способов управлять генетической активностью, и среди них есть так называемые эпигенетические механизмы. Они изменяют активность генов очень и очень надолго – на годы, на десятки лет, если не на всю жизнь. При этом с последовательностью ДНК ничего не происходит, мутаций в ней не появляется – при эпигенетической регуляции меняется доступность того или иного гена для белков, которые считывают генетическую информацию.
Эпигенетические механизмы есть у многих живых организмов, от растений до человека. Притом удалось заметить, что порой эпигенетическое включение или отключение гена передаётся по наследству. То есть если у кого-то из родителей под действием условий среды эпигенетика отключила некий ген, то этот ген останется отключённым и у потомства – даже если потомство живёт совсем в других условиях. Однако далеко не всегда удаётся подтвердить, что что-то передалось по наследству именно благодаря эпигенетическому механизму, и часто такие неудачи случаются, когда речь идёт о млекопитающих.
Исследователи из Кембриджа экспериментировали с мышами, у которых была разная окраска шерсти: более тёмная, более светлая, или смешанная. Фокус в том, что мыши всех раскрасок могут быть генетически идентичны. А это значит, что цвет шерсти зависит от того, насколько проявляет себя ген.
Рядом с одним из «цветных» генов в ДНК мышей можно найти много мобильных генетических элементов – остатков древних вирусов, которые некогда попали в геном, да так в нём и остались. Хотя они уже не проявляют вирусной активности, они всё же могут влиять на работу генов, которые находятся более-менее рядом с ними. Но чтобы влиять, сами мобильные элементы должны быть тоже активны. И тут вступают в дело эпигенетические механизмы регуляции, а точнее один из них, который состоит в метилировании ДНК. Есть специальные ферменты, которые в соответствии с нуждами клетки навешивают или снимают с определённых участков ДНК метильные группы. Присутствие или отсутствие метильных групп сказывается на активности той ДНК, на которой они сидят. И цвет мышей действительно зависит от метильного эпигенетического узора на ДНК мобильных элементов, управляющих геном окраски шерсти.
Окраска эта вполне отчётливо наследуется: у светлых самок с большей вероятностью рождаются светлые детёныши, у тёмных – тёмные. Если всё дело в эпигенетике, тогда у детёнышей мы должны увидеть тот же метильный регуляторный узор на ДНК, что и у матерей. Однако, как пишут в Cell Энн Фергюсон-Смит (Anne C. Ferguson-Smith) и её коллеги, эпигенетическое наследование здесь проявляется очень слабо. Если взять шесть областей в ДНК, в которых у самки есть какая-то индивидуальная эпигенетическая особенность, то у её детей материнское наследство останется только в одной из этих шести областей, и эффект от такого наследства будет весьма невелик. А отцовский метильный рисунок и вовсе не наследуется.
На самом деле, давно известно, что при формировании половых клеток все метильные метки в их ДНК исчезают. Потом, после оплодотворения, многие из них появляются вновь. Но это касается только тех, которые держат под контролем разные вредные последовательности в геноме – например, многие мобильные элементы наглухо запечатаны метилированием, чтобы они вдруг не проявили своей вирусной природы и не начали копировать себя по всей ДНК. Однако такая эпигенетическая защита срабатывает всегда и у всех, никакой наследственной индивидуальности тут нет. Если же говорить именно о какой-то эпигенетической особенности, которая могла бы от матери перейти к детям и сформировать у них какой-то материнский признак, то метилирование ДНК тут, видимо, ни при чём.
С другой стороны, мы помним, что метилирование ДНК на самом деле –только один из эпигенетических механизмов регуляции. Действительно, активностью генов можно управлять через белки-гистоны, которые постоянно сопровождают ДНК, то плотно упаковывая её, то распаковывая для работы. У гистонов тоже есть свои модификации, которые сидят на них довольно долго, и определённым образом модифицированный гистон может плотно упаковать кусок ДНК до конца жизни. И есть ещё механизм, связанный с некодирующими РНК – регуляторными нуклеиновыми кислотами, которые не несут информации ни о каком белке, но могут сами влиять на клеточные молекулярно-генетические процессы.
В статье в Molecular Psychiatry исследователи из Кембриджа вместе с коллегами из Цюрихского университета пишут, что за эпигенетическую наследственность могут отвечать именно регуляторные РНК определённого вида. Авторы работы заметили, что состав таких РНК в сперматозоидах меняется после травматического опыта – например, после того, как самцов мышей регулярно заставляли сидеть на открытом месте или в ярко освещённой клетке (грызуны, как мы понимаем, ни открытых мест, ни яркого света не любят).
Когда некодирующие РНК стрессированных самцов вводили в оплодотворённые яйцеклетки (оплодотворённые другими, нестрессированными самцами), то у потомства появлялись характерные посттравматические признаки, начиная от изменений в обмене веществ до изменений в поведении. При этом конкретный эффект зависел от того, какого рода «стрессовые» некодирующие РНК вводили в зародыш: одни делали мышей более рисковыми, другие, наоборот, усиливали в их характере депрессивные черты.
То есть ответа на вопрос, как именно жизненный опыт родителей влияет на детей, пока что нет. Вернее, мы можем более-менее уверенно утверждать, что он явно влияет, однако молекулярные механизмы этого начинают раскрываться только сейчас.
