Что происходит с эпигенетическими маркерами ДНК в период эмбрионального развития?

Ученые из Института Бабрахам (Babraham Institute, Великобритания) получили новые данные об эпигенетическом наследовании.

Хорошо известно, что к ДНК могут присоединяться небольшие молекулы, изменяющие ее генетическую активность. Такие модификации ДНК, называемые эпигенетическими, возникают не только в процессе внутриутробного развития организма, но и в течение взрослой жизни, или даже могут стать результатом воздействия окружающей среды. Большинство таких модификаций удаляются в зрелой яйцеклетке и сперматозоиде для «перезапуска» ДНК, таким образом «стирая» следы воздействия окружающей среды, что необходимо для формирования эмбриона. Однако некоторые из модификаций остаются. Расшифровка процесса перепрограммирования очень важна для дальнейшего понимания развития организма и механизмов наследования модификации от поколения к поколению.

Геном всех клеток организма одного человека одинаков, но именно различия в «интерпретации» последовательности ДНК приводят к формированию различных типов клеток, в которых те или иные гены могут быть выключены или включены. Неактивные гены часто несут в качестве модификаций ДНК метильные группы, присоединенные «снаружи» кодирующей последовательности, которые осуществляют регуляцию экспрессии гена. Исследование, результаты которого опубликованы в недавнем номере журнала Molecular Cell, является первым полногеномным исследованием, целью которого было установить, что происходит с метильными группами на ранних стадиях развития яйцеклетки и сперматозоида (примордиальных зародышевых клеток).

Доктор Стефани Зайзенбергер (Stefanie Seisenberger), главный автор публикации и сотрудник Института Бабрахам, рассказывает: «Мы создали генетическую карту с высоким разрешением, показывающую место и время удаления метильной группы (деметилирование) из ДНК примордиальной зародышевой клетки. Мы установили, что основная часть деметилирования происходит гораздо раньше, чем предполагалось ранее, это позволило нам пролить свет на процесс деметилирования ДНК у млекопитающих – механизм, являющийся недостаточно изученным в течение многих лет. Не менее удивительно то, что мы идентифицировали участки ДНК, которые избегают деметилирования и, таким образом, являются кандидатами для установления того, как информация окружающей среды может быть передана от родителей детям. Интересно, что один из таких участков связан с развитием диабета 2 типа».

Профессор Рольф Рейк (Wolf Reik), руководитель научной группы, добавляет: «Несколько недавних исследований других лабораторий подтвердили, что у млекопитающих информация из окружающей среды может быть передана от родителей потомкам. К примеру, мышь, выращенная на диете с жирной пищей, рождает потомство с измененной регуляцией метаболизма, но пока неизвестно, как это наследуется. Одно интересное наблюдение, сделанное в ходе нашего исследования, перечеркивает работы, сделанные где-либо еще. Суть его в том, что неполное удаление метильных групп с ДНК чаще возникает в клетках-предшественницах сперматозоидов, нежели яйцеклеток, что позволяет предположить, что отцы играют более значимую роль в эпигенетическом наследовании, чем предполагалось ранее. Это найдет применение не только для объяснения механизмов наследования и развития, но и склонности к ожирению и заболеваниям, подобным сахарному диабету».

Исследование поддержано Советом по Научным Исследованиям в области Биотехнологии и Биологии (Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC)), Великобритания.

По материалам Biotechnology and Biological Sciences Research Council

Оригинальная статья:
Stefanie Seisenberger, Simon Andrews, Felix Krueger, Julia Arand, Jörn Walter, Fátima Santos, Christian Popp, Bernard Thienpont, Wendy Dean, Wolf Reik. The Dynamics of Genome-wide DNA Methylation Reprogramming in Mouse Primordial Germ Cells. Molecular Cell, 2012; DOI: 10.1016/j.molcel.2012.11.001