Хотя наша генетическая информация – «код жизни» – записана в нашей ДНК, наши гены включаются и выключаются эпигенетическими «переключателями». Например, небольшие молекулы метила прикрепляются к нашей ДНК в процессе, известном как метилирование, и способствуют регуляции активности генов, что важно для нормального развития. Метилирование также может происходить спонтанно или в результате нашего взаимодействия с окружающей средой – например, периоды голода могут приводить к метилированию определенных генов – а некоторые паттерны метилирования могут быть потенциально опасными для нашего здоровья.
Однако почти вся эта эпигенетическая информация стирается в половых клетках перед передачей следующему поколению
Профессор Азим Сурани из Института Гурдона Великобритании Wellcome Trust / Cancer Research при Кембриджском университете объясняет: «Эпигенетическая информация важна для регулирования наших генов, но любое аномальное метилирование, передаваемое из поколения в поколение, может накапливаться и наносить вред. потомство. По этой причине информацию необходимо сбрасывать в каждом поколении, прежде чем добавлять дополнительную информацию для регулирования развития недавно оплодотворенной яйцеклетки. Это все равно, что стереть компьютерный диск перед добавлением новых данных."
Когда яйцеклетка оплодотворяется спермой, она начинает делиться на кластер клеток, известный как бластоциста, ранняя стадия эмбриона. Внутри бластоцисты некоторые клетки возвращаются в исходное состояние, становясь стволовыми клетками, которые могут развиться в любой тип клеток в организме.
Небольшое количество этих клеток становится первичными зародышевыми клетками, которые потенциально могут стать сперматозоидами или яйцеклетками.
В исследовании, финансируемом в основном Wellcome Trust, профессор Сурани и его коллеги показали, что процесс перепрограммирования эпигенетической информации, содержащейся в этих первичных половых клетках, начинается примерно через две недели развития эмбриона и продолжается примерно до девятой недели. В течение этого периода генетическая сеть действует, чтобы ингибировать ферменты, которые поддерживают или программируют эпигеном, до тех пор, пока ДНК почти не очистится от паттернов метилирования.
Однако важно отметить, что исследователи обнаружили, что этот процесс не очищает весь эпигеном: около 5% нашей ДНК оказывается устойчивым к перепрограммированию. Эти «беглецы» участки генома содержат некоторые гены, которые особенно активны в нейрональных клетках, которые могут выполнять важные функции во время развития.
Однако анализ данных о заболеваниях человека показывает, что такие гены связаны с такими состояниями, как шизофрения, нарушения обмена веществ и ожирение.
Вальфред Танг, аспирант, который является первым автором исследования, добавляет: «Наше исследование дало нам хороший ресурс потенциальных кандидатов в областях генома, где эпигенетическая информация передается не только следующему поколению, но потенциально будущим. поколения тоже.
Мы знаем, что некоторые из этих областей одинаковы и у мышей, что может дать нам возможность более подробно изучить их функцию."
Эпигенетическое перепрограммирование также имеет потенциальные последствия для так называемой «темной материи» в нашем геноме. По оценкам, половина ДНК человека состоит из «ретроэлементов», участков ДНК, которые попали в наш геном от чужеродных захватчиков, включая ДНК бактерий и растений.
Некоторые из этих регионов могут быть полезными и даже стимулировать эволюцию – например, некоторые гены, важные для развития плаценты человека, начали свою жизнь как захватчики. Однако другие могут иметь потенциально пагубный эффект – особенно если они прыгают внутри нашей ДНК, потенциально влияя на наши гены. По этой причине наш организм использует метилирование в качестве защитного механизма для подавления активности этих ретроэлементов.
«Метлирование эффективно контролирует потенциально вредные ретроэлементы, которые могут нанести нам вред, но если, как мы видели, паттерны метилирования в наших половых клетках стираются, мы потенциально можем потерять первую линию нашей защиты», – говорит профессор Сурани.
Фактически, исследователи обнаружили, что значительная часть ретроэлементов в нашем геноме – это «беглецы» и сохраняют свои паттерны метилирования – особенно те ретроэлементы, которые вошли в наш геном в более позднюю эволюционную историю.
Это говорит о том, что защитный механизм нашего тела может сохранять некоторую эпигенетическую информацию нетронутой, чтобы защитить нас от потенциально пагубных последствий.