Учёные, изучающие крохотных круглых червей, обнаружили, как секреты долгой жизни могут передаваться от родителей к потомству без изменений в ДНК. Открытие показывает, что когда определённые клеточные структуры под названием лизосомы изменяются таким образом, чтобы способствовать долголетию, эти преимущества могут переходить от клеток организма к половым клеткам. Эту информацию переносят гистоны, специальные белки, помогающие организовывать ДНК, позволяя наследовать «память» об этих изменениях.
Основные результаты
1. Новые исследования на нематоде C. elegans показывают, как изменения в родительских лизосомах, способствующие долголетию, передаются потомству.
Работа описывает новую связь между лизосомами — клеточными органеллами, некогда считавшимися клеточным центром переработки отходов — и эпигеномом — набором химических меток, модифицирующих экспрессию генов. Кроме того, в исследовании даётся подробное описание нового способа передачи эпигенетической информации от клеток организма к половым клеткам, позволяя передавать изменения по наследству, не влияя на генетический код.
2. Полученные данные демонстрируют, как эпигенетические модификации, помогающие организму справляться с давлением среды, могут передаваться от родителя к потомству.
То, что в Лаборатории Ван черви живут долго — вполне обычное явление.
Старший научный руководитель исследовательского кампуса Janelia Медицинского института Говарда Хьюза Мен Ван и её исследовательская группа изучают долголетие. Они показали, чт, гиперэкспрессируя фермент в лизосомах нематоды C. Elegans, они могут продлить жизнь червя на 60%.
Но, к своему удивлению, учёные обнаружили, что потомство без этой генетической модификации тоже живёт дольше обычного. Когда они скрестили своих червей-долгожителей с «дикими» червями, у которых гиперэкспрессия фермента отсутствовала — эта лабораторная процедура помогает стереть любые генетические манипуляции — они увидели, что потомство также жило дольше, чем обычные черви. Каким-то образом маркеры долголетия переносились от поколения к поколению, даже спустя четыре поколения.
В новом исследовании Ван и её команда раскрывают, как изменения в лизосомах червя, способствующих долголетию, переносятся от клеток в организме червя к его половым клеткам с помощью гистонов — белков, играющих ключевую роль в организации и регулировании ДНК. В половых клетках эти гистоновые посланники вызывают модификации в эпигеноме червя — коллекции химических меток, регулирующих экспрессию генов — позволяя передавать лизосомные изменения от поколения к поколению без изменения основной ДНК.
Эти находки имеют значение далеко за пределами продления жизни. Эпигенетические модификации могут помогать организмам справляться с множеством различных типов стресс-факторов среды — от изменений в питании до контакта с загрязняющими веществами до психологического стресса — и в новой работе показано, как эти преимущества могут передаваться от родителей к потомству.
«Вы всегда думаете, что ваше наследие заключено в ядре, внутри клетки, но сейчас мы показали, что гистон может переходить из одного места в другое, и если этот гистон несёт в себе какую-либо модификацию, то это означает, что вы перенесёте эпигенетическую информацию от одной клетки к другой, — говорит Ван. — Это действительно обеспечивает механизм понимания межпоколенческого эффекта».
Раскрывая наследственность
Исследователи обнаружили, что один из типов гистоновой модификации — тип эпигенетического изменения — находился на повышенном уровне у червей-долгожителей по сравнению с червями с нормальной продолжительностью жизни. Они хотели узнать, как эта модификация связана с лизосомными изменениями, способствующими долголетию.
Используя комбинацию генетических инструментов, транскриптомику и методы визуализации, они обнаружили, что изменения в метаболизме лизосом, влияющие на долголетие червей, активизируют серию процессов внутри клетки. Эти действия приводят к увеличению уровня специфического варианта гистонов, который переносится из соматических клеток или клеток тела к зародышевой линии или половым клеткам с помощью белков, доставляющих питательные вещества к находящимся в процессе развития яйцам. В зародышевой линии гистон модифицируется, позволяя информации из лизосомы проникнуть в зародышевую линию и передаваться от родителя к ребёнку.
Исследователи показали, что этот путь активируется во время голодания, что приводит к изменению в метаболизме лизосом, обеспечивая связь между физиологическим феноменом и изменениями в зародышевой линии.
Новая работа вносит свой вклад в растущее количество доказательств того, что лизосомы, которые, как когда-то считалось, выступают в роли центра переработки отходов в клетке, также выполняют функцию сигнального центра по контролю над различными процессами в клетке, и сейчас продемонстрировали свою способность влиять на поколения.
Новое исследование также раскрывает новый механизм передачи информации от соматических клеток к зародышевым с помощью гистонов, что может помочь объяснить, как другие типы наследуемой информации передаются от родителя к потомству.
Обеспечивая механизм понимания того, как средовые изменения соматических клеток передаются через гаметы, новая работа может помочь исследователям лучше понять межпоколенческие эффекты, которые наблюдались ранее, вроде того, как плохое питание родителя отрицательно влияет на ребёнка.
«Мы показали, что сома и зародышевая линия могут связываться с помощью гистона и переносить усваиваемую генетическую информацию в течение нескольких поколений», — говорит Ван.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Медицинским институтом Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute).
Вам также может быть интересно: