Негативный эффект от стресса, передающийся от родителей к детям, можно объяснить работой эпигенетических механизмов – однако передачу того же эффекта внукам эпигенетические гипотезы уже не объясняют.
Последствия стресса могут передаваться через несколько поколений, об этом говорят данные целого ряда исследований. Один из самых известных примеров – повышенная предрасположенность к диабету и ожирению детей и внуков голландских женщин, переживших знаменитый голод зимой 1944 года. С другой стороны, эксперименты на животных показали, что если беременным самкам давать какой-нибудь токсин или просто пугать самцов-отцов, то химический или психологический стресс отразится не только на самих родителях, но и на их детях – физиологические или поведенческие особенности, возникшие из-за стресса, перейдут по наследству. Однако никаких мутаций тут не возникает, генетический код, заключённый в ДНК не меняется. А это значит, что в дело вступают эпигенетические механизмы, которые, не меняя последовательность нуклеотидов в ДНК, модифицируют их так, что у генов меняется активность.
Но какие именно модификации ДНК происходят и как они передаются из поколения в поколение, биологи до сих пор не вполне ясно себе представляют. Новых загадок тут подкинула работа Энн Фергюсон-Смит (Anne Ferguson-Smith) и Мэри-Элизабет Патти (Mary-Elizabeth Patti). Вместе с коллегами из Кембриджа, Гарварда и Базельского университета они ставили следующий эксперимент: ограничивали в пище беременных мышей, чтобы выявить в их потомстве эпигенетические изменения, случившиеся из-за голода.
Эпигенетических механизмов существует несколько разных видов, и один из них заключается в присоединении метильных групп к нуклеотидам в ДНК. Метилирование меняет активность генов, и именно оно в данном случае было в центре внимания исследователей. При созревании половых клеток во время внутриутробного развития эмбриона такие модификации полностью исчезают; можно сказать, что ДНК сперматозоидов и яйцеклеток теряет эпигенетическую память. Но процесс этот идёт не на 100%, какие-то метильные группы на ДНК всё-таки остаются. В эксперименте мышам урезали калории на последней неделе беременности, как раз тогда, когда у созревающих предшественников сперматозоидов у эмбриона происходит очистка ДНК от эпигенетических меток. Предыдущие опыты показали, что именно при таких условиях у потомства первого и второго поколений повышалась вероятность диабета.
Оказалось, что у сыновей голодавших самок метильных групп на ДНК сперматозоидов было намного меньше, чем у сыновей нормальных самок. Причём различия касались как раз тех генов, которые вовлечены в развитие ожирения и диабета и которые становились активнее, чем надо.
У второго поколения мышей гены в тканях работали с теми же отклонениями, то есть голодание бабушек влияло и на их метаболизм тоже. Однако, как пишут авторы работы в Science, отличия в эпигенетическом рисунке у второго поколения отсутствовали, и здесь уже нельзя было по метилированной ДНК отличить потомков голодавших мышей от потомков тех, что питались нормально.
Полученные результаты во многом уточняют то, что мы знали об эпигенетических механизмах передачи стресса через поколения, но при этом, надо сказать, вызывают много вопросов. По всему выходит, что метилирование ДНК объясняет в лучшем случае только половину эффекта – то, что мы наблюдаем в первом поколении. У внуков эпигенетические отличия, вызванные голодом, исчезают, но изменения в активности генов всё равно присутствуют. Возможно, что эпигенетические механизмы тут продолжают работать, однако их секреты ещё предстоит разгадать.
Впрочем, некоторые скептики вообще сомневаются в целесообразности таких исследований. Животные, которые используются в экспериментах, подобных вышеописанному, всегда генетически неотличимы друг от друга, то есть представляют собой одну и ту же чистую линию. В то же время в природе такую ситуацию даже представить себе трудно – гены родителей всегда будут отличаться. Эпигенетический метильный рисунок зависит от гена, на который он накладывается, так что при смешивании разных родительских геномов у эмбриона может оказаться комбинация, предрасположенная к нехорошим эпигенетическим модификациям. В этом случае, очевидно, нарушения в метаболизме будут вызваны не столько тем, что мать во время беременности голодала, сколько особенностями генетической комбинации у детёныша.
Автор: Кирилл Стасевич