Dziś już wiemy, że na zdrowie i rozwój organizmu wpływ ma nie tylko sekwencja DNA, czyli konkretny zestaw genów, lecz także sposób ich ekspresji regulowany przez, tzw. modyfikacje epigenetyczne. To tłumaczy, dlaczego komórki naszego ciała, mimo że wszystkie mają te same geny, mogą bardzo się od siebie różnić, jak np. komórki naskórka i komórki wątroby. Zauważamy także, że nawet bliźnięta jednojajowe, czyli identyczne genetycznie, trochę jednak się od siebie różnią.

To tylko niektóre zjawiska, za które odpowiada ekspresja genów, czyli fakt, że nie zawsze wszystkie nasze geny są aktywne. Są niczym książki w domowej bibliotece - po jedne sięgamy stale, z innych korzystamy tylko w określonych sytuacjach, a jeszcze inne stoją od lat nieruszane. Czasem jednak się zdarza, że w poszukiwaniu czegoś zapuścimy się w te rzadko odwiedzane czeluści naszej biblioteki i znajdziemy tam książkę na tyle ciekawą, że od tej pory będziemy do niej często zaglądać.

Jakiś czas temu nukowcy odkryli, że - trzymając się bibliotecznej metafory - księgozbiory, które dzieci dziedziczą po rodzicach, nie tylko składają się z tych samych woluminów, lecz także są podobnie zorganizowane. Geny, których ekspresja została odblokowana w trakcie życia rodziców, mogą być aktywne również u ich dzieci. Ten radykalny niegdyś pomysł, że zmiany w ekspresji genów mogą być dziedziczone, potwierdzają coraz liczniejsze dowody. Ale mechanizmy, które za tym stoją, wciąż są słabo poznane.

Nowych danych na tem temat dostarczyło niedawne badanie naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Pokazuje ono, w jaki sposób modyfikacje epigenetyczne mogą być przenoszone przez plemniki nie tylko z rodziców na dzieci, ale także do następnego pokolenia. Proces ten nazywa się „transgeneracyjnym dziedziczeniem epigenetycznym” i może wyjaśniać, w jaki sposób na zdrowie i rozwój osoby mogą wpływać doświadczenia jej rodziców i dziadków.

Badanie, którego wyniki opublikowano pod koniec września w “Proceedings of National Academy of Sciences” (PNAS), skupiło się na szczególnej modyfikacji białka histonowego, która zmienia sposób, w jaki DNA jest upakowane w chromosomach. Białko to, szeroko przebadane, jest markerem epigenetycznym (zwanym H3K27me3), który “wyłącza” ekspresję genu, przy którym się znajduje. I występuje u wszystkich zwierząt wielokomórkowych – od ludzi po nicienie C. elegans, na których przeprowadzono badanie. "Wyniki te ustalają związek przyczynowo-skutkowy między znacznikami histonowymi przenoszonymi przez plemniki a ekspresją genów i rozwojem dzieci i wnuków" – mówi autorka badania Susan Strome, emerytowana profesor biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.

Histony mają wpływ na to, jak gęsto DNA upakowane jest w chromosomach. Marker H3K27me3 powoduje, że nić DNA skręca się w danym miejscu bardziej, przez co geny w tym regionie są mniej dostępne do aktywacji. Badanie zespołu Susan Strome polegało na selektywnym usunięciu tego znacznika histonowego z plemników nicieni C. elegans, które następnie wykorzystano do zapłodnienia jajeczek, w których chromosomy miały wszystkie markery. U wyhodowanego w ten sposób potomstwa zaobserwowano nieprawidłowe wzorce ekspresji genów - geny na chromosomach ojcowskich (odziedziczonych z plemników) dzięki wymontowaniu histonowych “hamulców” pozostawały aktywne.

W efekcie w tkankach nicieni z drugiego pokolenia obserwowano ekspresję genów, które normalnie byłyby nieaktywne. Na przykład w linii zarodkowej - komórkach, które przekazują swój materiał genetyczny do komórek rozrodczych, aktywne były geny, których ekspresja zachodzi normalnie w komórkach nerwowych. "We wszystkich zbadanych tkankach geny ulegały nieprawidłowej ekspresji, ale różne +odblokowane+ geny pojawiły się w różnych tkankach, co pokazuje, że to kontekst tkankowy określał, które geny uległy odblokowaniu" – mówi prof. Strome.

Analiza chromosomów w linii zarodkowej potomstwa wykazała, że w genach o podwyższonej ekspresji nadal brakowało markera histonowego, podczas gdy został przywrócony na genach, których ekspresja nie została podwyższona. "W linii zarodkowej potomstwa niektóre geny zostały nieprawidłowo aktywowane i pozostały w tym stanie, pozbawione ograniczających markerów histonowych, podczas gdy reszta genomu odzyskała je. I ten wzorzec został przekazany potomstwu. Dlatego zakładamy, że jeśli dany wzór upakowania DNA zostanie utrzymany w linii zarodkowej, może potencjalnie być przekazywany przez wiele pokoleń" – wyjaśnia Susan Strome.

U kolejnego, trzeciego już pokolenia nicieni naukowcy zaobserwowali rozmaite efekty rozwojowe, m.in. że niektóre osobniki były całkowicie bezpłodne. Ta różnorodność to skutek tego, w jaki sposób chromosomy są dzielone podczas podziałów komórkowych przy wytwarzaniu plemników i komórek jajowych.

Naukowcy z laboratorium Susan Strome od lat badają dziedziczenie epigenetyczne u C. elegans. Jednak emerytowana profesor uważa, że najnowsza publikacja to punkt zwrotny w jej pracy. I dodaje, że inni naukowcy badający komórki ssaków in vitro uzyskali bardzo podobne wyniki co ona na robakach. "Wygląda na to, że zachowanie cechy ekspresji genów występuje również u zwierząt, a nie jest fenomenem typowym tylko dla robaków. Możemy więc prowadzić na C. elegans niesamowite eksperymenty genetyczne, których nie można wykonać na ludziach, a wyniki uzyskane na robakach mogą mieć szerokie zastosowanie także dla innych organizmów" – twierdzi profesor Strome. (PAP Life)

agf/ gra/