Нове дослідження показує, що круглі черви можуть передавати ознаки, що подовжують тривалість життя, через покоління завдяки епігенетичному успадкуванню на основі гістонів, змінюючи наше розуміння того, як передається негенетична інформація.
У лабораторії Ванга черви не є чимось незвичним, що вони живуть довго.
Старша керівникка дослідницької групи кампусу HHMI Janelia Мен Ван та її команда вивчають довголіття. Вони показали, що шляхом надмірної експресії ферменту в лізосомах круглого черва C. elegans можна продовжити життя черва до 60 відсотків.
Але, як не дивно, команда виявила, що потомство черв’яків без цієї генетичної модифікації все ще жило довше, ніж зазвичай. Коли вони схрестили своїх довгоживучих черв’яків з черв’яками «дикого типу», які не мали надмірної експресії ферменту — звичайна лабораторна процедура, що використовується для усунення будь-яких генетичних маніпуляцій, — вони побачили, що потомство також жило довше, ніж звичайні черв’яки. Якимось чином маркери довголіття передавались з покоління в покоління, навіть через чотири покоління.
У новому дослідженні Ван та її команда розкривають, як зміни в лізосомах хробака, що сприяють довголіттю, передаються з клітин його тіла до репродуктивних клітин через гістони — білки, що відіграють ключову роль в організації та регулюванні ДНК. У репродуктивних клітинах ці гістонові месенджери викликають модифікації в епігеномі хробака — наборі хімічних міток, що регулюють експресію генів, що дозволяє змінам лізосом передаватись з покоління в покоління без зміни основної ДНК.
Ці висновки мають наслідки далеко за межі тривалості життя. Епігенетичні модифікації можуть допомогти організмам справлятися з багатьма різними типами стресових факторів навколишнього середовища — від змін у раціоні до впливу забруднюючих речовин та психологічного стресу — і нова робота показує, як ці переваги можуть передаватися від батьків до їхнього потомства.
«Ви завжди думаєте, що ваша спадковість знаходиться в ядрі, всередині клітини, але тепер ми показуємо, що гістон може переходити з одного місця в інше, і якщо цей гістон несе будь-яку модифікацію, це означає, що ви збираєтеся перенести епігенетичну інформацію з однієї клітини в іншу», — каже Ван. «Це дійсно забезпечує механізм для розуміння трансгенераційного ефекту».
Розкриття спадщини
Дослідники виявили, що один тип модифікації гістонів — тип епігенетичних змін — був підвищений у довгоживучих черв’яків порівняно з тими, хто мав нормальну тривалість життя. Вони хотіли з’ясувати, як ця модифікація пов’язана зі змінами лізосом, що сприяють довголіттю.
Використовуючи комбінацію генетичних інструментів, транскриптоміки та візуалізації, вони виявили, що зміни в лізосомному метаболізмі, які впливають на тривалість життя черв’яків, активують низку процесів усередині клітини. Ці дії запускають збільшення кількості специфічного варіанту гістону, який транспортується із соматичних тканин або тканин тіла черв’яка до його зародкової лінії або репродуктивних клітин через білки, що доставляють поживні речовини до яйцеклітин, що розвиваються. У зародковій лінії гістон модифікується, що дозволяє інформації з лізосоми потрапляти в зародкову лінію та передаватися від батьків до дітей.
Дослідники показують, що цей шлях активується під час голодування, що викликає зміну лізосомального метаболізму, забезпечуючи зв’язок між фізіологічним явищем та змінами в зародковій лінії.
Нова робота доповнює зростаючу кількість доказів того, що лізосоми, які колись вважалися лише центрами переробки клітини, також функціонують як сигнальний вузол для контролю різних процесів у клітині, а тепер показано, що вони впливають на покоління.
Нове дослідження також розкриває новий механізм транспортування інформації від соматичних до зародкових клітин через гістони, що може допомогти пояснити, як інші типи успадкованої інформації передаються від батьків до потомства.
Забезпечуючи механізм для розуміння того, як зміни навколишнього середовища в соматичних клітинах передаються через зародкову лінію, нова робота може допомогти дослідникам краще зрозуміти трансгенераційні ефекти, які спостерігалися раніше, такі як недоїдання батьків, що впливає на їхнє потомство.
«Тепер ми показуємо, що сома та зародкова лінія можуть бути пов’язані гістонами та можуть нести пам’ятну генетичну інформацію протягом поколінь», — каже Ван.