Нематоды оказались чемпионами по наследованию информации об окружающей среде

Группа испанских ученых обнаружила, что информация об изменениях среды, в которой жили черви-нематоды Caenorhabditis elegans, сохраняется в генах их потомков на протяжении 14 поколений. На сегодняшний день это самый большой срок, когда-либо зафиксированный у животных. Авторы открытия опубликовали статью с результатами исследования в свежем номере журнала Science.

Подопытные нематоды из-за простоты разведения и быстрой смены поколений широко применяются в биологии для различных экспериментов. В их ДНК есть множество участков, транскрипция с которых заблокирована в обычных условиях, — так называемая «мусорная» ДНК. Однако ранее ученые заметили, что, например, при повышении температуры окружающей среды некоторые участки начинают экспрессироваться. Тогда в один из таких участков методами генной инженерии встроили длинную цепочку повторяющихся генов, кодирующих флуоресцентный белок, бесполезный для организма червей, но зато позволяющий легко отличить нематод, в которых он синтезируется, по свечению под ультрафиолетом.

Гены не экспрессировались при 20 градусах Цельсия, но перемещение подопытных в 25-градусную температуру значительно увеличивало выработку белка — под ультрафиолетом черви ярко светились. Последующее восстановление условий (понижение температуры) не приводило к возвращению первоначальной низкой активности генов. Более того, уровень активности трансгенного участка передавался потомству по наследству, что прослеживалось в течение, по крайней мере, семи последующих поколений, несмотря на то, что их предки испытали относительно кратковременное повышение температуры. Если же при повышенной температуре жили пять поколений червей, то высокий уровень активности трансгенов потом прослеживался у 14 поколений их потомства.

Ранее схожее явление отмечалось у целого ряда видов животных, включая людей, но срок его исчезновения везде был намного меньше.

«Мы случайно обнаружили это явление, которое показывает, что, безусловно, можно передавать информацию об окружающей среде из поколения в поколение», — говорит доктор Бен Ленер (Ben Lehner), один из лидеров команды ученых. «Нематоды короткоживущие животные, поэтому, возможно, они передают потомкам информацию о прошлых условиях, чтобы помочь им приспособиться к окружающей среде в будущем», — добавляет соавтор исследования, доктор Таня Вавури (Tanya Vavouri).

Сравнивая участки ДНК, которые были менее активны, с теми, которые активизировались при более высокой температуре, Ленер и его команда обнаружили принципиальные различия в устройстве хроматина. При 20 градусах Цельсия заблокированные участки ДНК были связаны с триметилированными гистонами Н3. Однако при повышении температуры количество таким образом метилированных гистонов резко понижалось, разрешая транскрипцию генов на этих участках.

Исследователи выяснили, что все дело в гистонметилтрансферазе SET-25, которая и «навешивает» метильные метки на гистоны. При повышении температуры до 25 градусов синтез фермента блокируется, и гистоны остаются непомеченными. Когда температура окружающей среды снова понижается, SET-25 начинает работать, но ей требуется очень много времени, чтобы вернуть все метки на свои места. Потому эффект экспрессии ранее «молчащих» генов у нематод сохраняется несколько поколений.

Эксперимент испанских ученых ясно показал, что у животных существует долговременная эпигенетическая память.