Голодание беременных самок мышей оказывает влияние на ДНК потомства

Последствия голода, перенесенного самками мышей во время беременности, влияют на три поколения – показывают результаты исследования эпигенетических изменений.

Диета матери обладает долгосрочным действием на здоровье ее потомков. Мыши, голодавшие в течение беременности, рождают детенышей, у которых впоследствии развивается сахарный диабет и потомки которых также находятся в зоне риска развития этого заболевания. Новое исследование предоставляет свежие доказательства противоречивой идеи о том, что эпигенетические изменения в геноме (влияющие на активность генов, но не затрагивающие саму последовательность ДНК) могут отражать воздействие окружающей среды в нескольких поколениях [1].

Споры о наследуемых эпигенетических изменениях сопровождаются противоречивыми данными. Многие ученые, указывая на методологические проблемы и отсутствие биологических механизмов, не доверяют предыдущим исследованиям, демонстрирующим, что пища [2], фунгициды [3] и даже страх [4] могут повлиять на будущие поколения посредством эпигенетических модификаций.

Научная группа под руководством Анне Фергюсон-Смит (Anne Ferguson-Smith), генетика из Университета Кембриджа (University of Cambridge, Великобритания), исследовала линию мышей, содержащихся во время беременности на диете со сниженной на 50% калорийностью (в сравнении с нормой). У таких мышей рождаются детеныши с недостаточной массой тела, у которых впоследствии развиваются признаки сахарного диабета: например, пониженная толерантность к глюкозе. Более того, от самцов из такого потомства впоследствии тоже рождались детеныши с признаками диабета, несмотря на то, что они питались нормально. Результаты исследования опубликованы в журнале Science [1].

Продемонстрированный в исследовании эффект можно транслировать, например, на голландскую популяцию зимой 1944-1945 гг., столкнувшуюся с голодом в конце II Мировой Войны. Дети, зачатые в эту «голодную зиму» родились с недостатком веса и имели проблемы со здоровьем, среди которых были диабет и ожирение. Некоторые исследования позволяют предположить, что их дети также находятся в группе повышенного риска развития метаболических заболеваний [5].

Эмбриональная "чистка"

Некоторые исследователи предполагают, что проблемы со здоровьем потомков, родившихся в «голодную зиму», были вызваны эпигенетическими модификациями, в частности, метилированием ДНК, при котором метильная группа присоединяется к молекуле цитозина. Такая модификация, как правило, подавляет активность близлежащих генов. Несмотря на это, большинство метильных групп «стирается» при формировании нового эмбриона, и только небольшая группа генов избегает этого.

Фергюсон-Смит и ее команда сравнили ДНК сперматозоидов самцов, родившихся у голодавших самок, с таковыми мышей из контрольной группы, матери которых питались нормально. Исследователи искали участки генома сперматозоидов, метилирование которых отличалось в двух группах животных. Зародышевые половые клетки, дающие начало сперматозоидам, развивались в течение периода, когда их матери голодали. У мышей, родившихся от голодавших матерей, исследователи нашли 111 участков генома, которые содержат меньше метильных групп, чем в контрольной группе, и 55 участков, где ДНК помечена большим числом метильных групп.

Ученые проанализировали экспрессию генов, соседствующих с 17 участками с измененным метилированием. Экспрессия многих из этих генов отличалась между «внуками» голодавших самок и мышами из контрольной группы. Среди таких генов нашлись участвующие в метаболизме и толерантности глюкозы, несмотря на то, что изменения в метилировании не были отмечены в их поколении. По словам исследователей, изменение в характере метилирования ДНК сперматозоидов продолжает влиять на активность генов в дальнейшем в развитии путем неизвестных механизмов.

Однако с полученными результатами не согласен Тим Бестор (Tim Bestor), специалист в области эпигенетики из Колумбийского Университета Нью-Йорка (Columbia University in New York, США). Он ссылается на то, что использованная в исследовании линия мышей не инбредна, то есть, потомство генетически не идентично, так что свою роль может сыграть селекция (хотя исследователи полагают, что это предусмотрено методикой). Потомство, пережившее голод матери, может нуждаться в меньшем питании, но при этом иметь более высокий риск метаболических нарушений, предполагает эксперт.

При недостаточном питании самок мышей у потомства при эмбриональном развитии меняется экспрессия генов. (фото: WENN UK/Alamy)

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2014.15534

Литература:
1. Radford, E. J. et al. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1255903 (2014).
2. Ng, S.-F. et al. Nature 467, 963–966 (2010).
3. Anway, M. D., Cupp, A. S., Uzumcu, M. & Skinner, M. K. Science 308, 1466–1469 (2005).
4. Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci. 17, 89–96 (2014).
5. Veenendaal, M. V. E. et al. B. J. Obstet. Gynecol. 120, 548–554 (2013).