Открыт механизм надгенетического наследования

+7 926 604 54 63 address
Схема двухэтапного процесса формирования эпигенетического наследования
Схема двухэтапного процесса формирования эпигенетического наследования

Ученые Университета Индианы раскрыли одну из тайн генетики: как приобретенные черты передаются следующим поколениям в процессе, называемом эпигенетическим наследованием. Клетка не узнает, что некоторые гены следует заставить «замолчать», из информации, жестко заложенной в ДНК-последовательностях, но понимает передающиеся по наследству химические маркеры, которые добавляются в гены. Эти химические метки служат формой молекулярной памяти, позволяющей клеткам распознавать гены и помнить, что их следует «заставить молчать» в каждом новом поколении.

Открытие, сделанной группой из двенадцати ученых университетов Индианы во главе с биологом и биохимиком Крейгом Пикардом (Craig Pikaard), по-новому объясняет механизм того, что клетки растения знают, что следует заставить замолчать генетический локус — определенное место на генетической карте — в каждом последующем поколении.

Вместо того, чтобы основываться на внутренней информации ДНК, клетки запоминают необходимость сохранять молчание конкретных локусов, опираясь на химические знаки, отображаемые в веществе хромосом — комплексе ДНК, РНК и белков — хроматине. Добавление или удаление метиловых или ацетиловых химических меток модифицируют хроматин, что добавляет эпигенетическую («сверх-генетическую») информацию в локус поверх генетической информации, закодированной в ДНК.

Способность сохранять метки в хроматине служит формой эпигенетической памяти, это то, что придает «тихому локусу» (как это называет Пикард) заранее установленное состояние, которое требуется для того, чтобы клетка доставила к локусу аппарат, который выполняет «глушение» локуса во многоходовом процессе, известном как РНК-управляемое метилирование ДНК(RdDM). В процессе RdDM задействованы короткие интерферирующие РНК, малые двухцепочные РНК, состоящие из 24 нуклеотидов, управляющие добавлением метильных групп в соответствующие нити ДНК, что делает, в итоге, гены неактивными.

«Важно отметить, что в работе показано, что «тихий локус» работает так же, но не является фактическим «молчащим» геном, — говорит Пикард.  — Мы обнаружили, что эпигенетическая наследственность является двухэтапным процессом, с наследственной передачей статуса «тихого» локуса, возникающей до фактического игнорирования локуса, которое может произойти впоследствии».

Ученые заинтересованы в изучении эпигенетической наследственности, потому что это процесс, при котором наследственные изменения происходят в функции гена без изменения нуклеотидной последовательности ДНК. Болезненные состояния, такие как рак, которые происходят спорадически во время жизни человека, все чаще признаются как имеющие эпигенетическую основу. Пикард заявил, что новая работа не только проливает новый свет на механизмы, ответственные за эпигенетическую наследственность, тема имеет важное значение в области генетики и хромосомной биологии, она также помогает создать основу для использования двух ферментов, отвечающих за блокирование определенных растительных генов — РНК-полимеразы Pol IV и Pol V — впервые обнаруженных Пикардом в 1999 году.

В частности, исследователи проверили и определили взаимосвязь между гистондеацетилазой 6 (hda6), ферментом, который удаляет ацетильные группы из гистонов, и метилтрансферазой CG, MET1, участвующей в метилировании ДНК, и обнаружили, что их партнерство в обслуживании метилирования может объяснить сохранение эпигенетической памяти, которая определяет статус локуса, как «тихого».

«В совокупности, наши результаты показывают, что статус «тихого локуса» переходит из поколения в поколение через действия hda6 и MET1, — сказал Пикард. — Этого не достаточно, чтобы заставить замолчать локусы, но поддерживает состояние хроматина, необходимое для производства Pol IV, биогенеза коротких интерферирующих РНК и RdDM, что в конечном счете выключает локусы».

.
Комментарии