Только представьте, чуть больше ста лет назад, а это срок, сравнимый с продолжительностью жизни, даже именитые ученые, не говоря о простых обывателях, ничего не знали о принципах передачи наследственности. В начале прошлого века частично стали понятны и законы изменчивости. И всего лишь пятьдесят лет назад вместе с описанием структуры ДНК Уотсоном и Криком научная общественность окончательно удостоверилась в том, что основная информация передается от поколения к поколению именно в виде нуклеиновых кислот, а не более «разнообразных» химически белков.
наука об эпигенетическом наследстве, наборе обратимых наследуемых изменений функций гена или другого фенотипа клетки, который происходит без изменений в последовательности ДНК генотипа. При этом работают биохимические механизмы, влияющие на активность генов, например, метилирование промоторов, что приводит к подавлению активности генов. Такие изменения могут быть вызваны спонтанно, в ответ на изменение факторов окружающей среды или в ответ на наличие определённого аллеля, даже если он отсутствует в последующих поколениях.
Однако указанное наследование не является постоянным. Без внешнего воздействия, первоначально вызвавшего эти изменения, они сохраняются на протяжении одного или нескольких поколений, а затем исчезают. Известные эпигенетические механизмы: метилирование ДНК; ремоделирование хроматина; регуляция на уровне РНК; в частности, РНК-интерференция; прионизация белков; инактивация X-хромосомы.
Метилирование ДНК и ремоделирование хроматина. Поскольку фенотип клетки или организма в целом зависит от того, какие гены транскрибируются, наследование транскрипционного статуса генов может приводить к эпигенетическим эффектам. Есть несколько уровней регуляции экспрессии генов, первый из которых - ремоделирование хроматина, комплекса ДНК и ассоциированных с ней белков - гистонов.
Посттранскрипционная регуляция. Иногда результат транскрипции гена напрямую или косвенно регулирует активность того же гена. Например, Hnf4 и MyoD усиливают транскрипцию многих генов в, соответственно, печени и мускулах, являясь транскрипционными факторами. Другие эпигенетические изменения регулируются при экспресии разных сплайсосомных вариантов РНК или при формировании двуцепочечных молекул РНК (RNAi). Эти гены зачастую включаются и выключаются с помощью сигнальных систем клетки, но иногда в синцитии РНК передаётся между клетками путём диффузии.
Самый «свежий» пример такой эпигенетической регуляции – обнаруженные у дрозофил piРНК, передающиеся по наследству независимо от генома, но при этом определяющие фертильность потомства.
Конечно, сами генетики уже давно не утверждают, что абсолютно вся наследуемая от родителей информация спрятана в ДНК ядра – и различные белки, и митохондриальная ДНК, и транскрипционные факторы тоже играют свою роль, в первую очередь влияя на работу основного генома, включая, выключая или усиливая работу того или иного гена.
Один из примеров такой регуляции – химическое «кэпирование», при котором на единичные из 3 миллиардов нуклеотидов-букв одеваются метиловые «шапочки», блокирующие считывание всего гена. Как происходит «кэпирование» ДНК, до конца не известно, ученые предполагают, что это делают белки-ферменты, которые работают «по наводке» коротких цепочек РНК.
Грегори Ханнон и его коллеги из знаменитой лаборатории Колд Спринг Харбор и сосредоточились на поиске соответствующих РНК, тем более что другие виды эпигенетической регуляции с помощью РНК (РНК-интерференция, микроРНК) уже отмечены научной общественностью.
Ученые обнаружили, что piРНК (piRNA), передающаяся от самки дрозофилы по наследству, блокирует работу участков ДНК, отвечающих за стерильность потомства.
Взаимодействующая с белком Piwi (откуда и приставка pi) РНК у взрослого организма обнаруживается только в клетках половых органов и вместе с вышеупомянутым белком подавляет активность мобильных элементов ДНК – транспозонов. Попадая внутрь смысловой последовательности гена, «прыгающие» по всему геному транспозоны могут вызывать мутации. Подобный генетический феномен – причина многих заболеваний, среди которых и новообразования. С другой стороны, он же повышает вероятность возникновения положительных мутаций в клетках.
А вот в половых органах такие мутации ни к чему – они нарушают процесс образования гамет, яйцеклеток и сперматозоидов и могут даже приводить к полной стерильности. По мнению Ханнона, Piwi-белки и piРНК образуют «своеобразную иммунную систему», защищающую геном половых клеток от вмешательства транспозонов.
Как и многие другие наследственные факторы, этот тоже наследуется от матери – «залежи» piРНК ученые нашли в ооцитах до оплодотворения.
А пока человечество задумалось о существовании подобного механизма у людей, генетики продолжают думать о мухах, ведь обнаруженный феномен объясняет почти вековую загадку стерильности потомства, возникающей при скрещивании лабораторных самок с дикими самцами, но не при спаривании идентичных им генетически лабораторных самцов с дикими самками. Вся разница – в одном транспозоне, попавшем в геном лабораторных мух и со временем распространившемся по всем лабораториям.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"click": "on",
"id": "2875115",
"incutNum": 3,
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2898274_i_3"
}
Теперь ученые планируют пополнить список процессов, регулируемых наследуемыми цепочками РНК, а кроме того, поискать подобный феномен и у других организмов.
В комментарии к своей публикации в Science Ханнон отметил, что сейчас они планируют поискать подобные цепочки РНК и в яйцеклетках других животных, ведь это идеальный способ передачи «полезной» информации от матери к будущему потомству.
