На основе случайных эпигенетических вариаций можно объяснить проблемы со здоровьем у взрослых. Как уже известно, здоровье начинается в утробе матери. Это потому, что условия, с которыми мы сталкиваемся внутриутробно, влияют не только на наше благополучие в младенчестве, но и на всю жизнь. Но что происходит, когда питательная среда в матке менее чем благоприятна?
Большинство эпигенетических исследований показали, что эмбрионы реагируют на неблагоприятные условия окружающей среды, регулируя экспрессию их генов. Однако новое исследование предполагает, что может произойти нечто совершенно иное. Вместо адаптации к окружающей среде случайные изменения в экспрессии генов могут позволить некоторым эмбрионам выживать.
В новом исследовании, опубликованном в Cell Reports, международная группа исследователей исследовала сигнатуры метилирования ДНК (DNAm) у ранних эмбрионов, чтобы определить, вызвал ли выбор, а не пластичность, вариации ДНКм. Используя математическую модель повторного метилирования, они продемонстрировали, что определенная часть паттерна ДНКм отсутствовала среди людей, подвергшихся воздействию голода.
Метилирование ДНК является ключевым эпигенетическим механизмом, который контролирует экспрессию генов. Он образуется с помощью ДНК-метилтрансфераз и удаляется в сложной серии реакций, облегчаемых ферментами ТЕТ, включающими гидроксилирование метильной группы.
Несмотря на то, что существует множество доказательств, связывающих неблагоприятное воздействие со стороны матери на ранних стадиях развития с устойчивыми изменениями в профилях ДНКм потомства, точные механизмы, вовлеченные в процесс, до конца не изучены. В большинстве случаев обычно рассматриваются две альтернативы: 1) неблагоприятные внутриутробные условия скомпрометируют ДНКм, или 2) активно пересмотренная ДНКм эмбриона позволяет сопоставить его фенотип с окружающей средой.
В этом исследовании ученые изучили вторую альтернативу в качестве возможного объяснения связей между неблагоприятной дородовой помощью и проблемами со здоровьем во взрослом возрасте. Они были мотивированы корреляцией, согласно которой дети, зачатые во время голода в Нидерландах в 1944-45 гг., страдали от плохого сердечно-сосудистого здоровья в более зрелом возрасте. Это объясняется эпигенетическими модификациями или изменениями в экспрессии генов, которые сохранялись на протяжении всей жизни выжившего.
Бас Хейманс, эксперт по эпигенетике из медицинского центра Лейденского университета и один из авторов исследования, сказал: «Мы знаем, что недостаток питания снижает вероятность выживания эмбриона. Наше новое исследование показывает, что выживание плода в матке зависит от наличия паттерна метилирования ДНК, что позволяет продолжать рост эмбриона, несмотря на ограниченные ресурсы. Но те же самые паттерны метилирования могут оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье в более позднем возрасте».
Исследователи полагают, что взаимосвязь между эпигенетикой и выживанием эмбрионов может быть лучше объяснена с точки зрения эволюции. В эволюции случайные генетические вариации сортируются естественным отбором, и только те варианты, которые лучше всего подходят для окружающей среды, могут выдержать.
Используя компьютерную модель, команда показала, что случайные эпигенетические различия, такие как генетические мутации, обязательно произойдут. Они подозревают, что варианты ДНКм, встречающиеся случайным образом, могут значительно увеличить вероятность зародыша для выживания, когда уровень питательных веществ низкий. И, соответственно, эти эпигенетические варианты могут обнаруживаться в когортах, которые подвергались голоду во время раннего гестационного развития.
«Мы всегда изо всех сил пытались объяснить, как ранние эмбрионы смогут модифицировать специфические эпигенетические метки в ответ на питание. Удивительно, что выборочная выживаемость, основанная на случайных эпигенетических вариациях, лучше всего соответствует данным», - говорит Тобиас Уллер, автор и биолог-эволюционист из Университета Лунда.
С учетом голода в Нидерландах, только некоторые из последствий для здоровья, представленных в более позднем возрасте, и лица, подвергшиеся ранней беременности, пострадали больше всего. Главный исследователь голландского исследования «Голодные зимние семьи» Л.Х. Люми, доктор медицинских наук, эпидемиолог из Columbia Mailman School, сказал: «Эти результаты часто интерпретируются как убедительное доказательство адаптации плода в утробе матери, которая приведет к болезни взрослого человека, если среда взрослого человека изменится в лучшую сторону. , но наши выводы указывают на другой механизм».
Хотя профилактические пренатальные меры должны всегда приниматься для сведения к минимуму любых неблагоприятных последствий для здоровья, это исследование предполагает, что такие меры могут только уменьшить эти возможности. Это также меняет ожидания относительно программ вмешательства и продолжающегося обсуждения обвинения прошлых поколений в наших собственных болезнях.
Авторы считают, что этот конкретный биологический механизм, который они назвали «генетическим отбором», следует дополнительно изучить, чтобы лучше понять основную связь неблагоприятных факторов в молодости с плохим состоянием здоровья во взрослом возрасте.