Ученые из Университета Айовы (University of Iowa) обнаружили, что самки круглых червей, подвергшиеся тепловому стрессу, при определенных условиях и путем модификации своих генов передали реакцию на этот стресс не только своему потомству, но даже детям своих потомков. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Molecular Cell.
Введение
Исследователи во главе с Виной Прахлад (Veena Prahlad), сотрудником кафедры биологии, изучили, как круглый червь реагирует, когда чувствует опасность, например, изменение температуры, которое может быть для него вредным или даже смертельным. Биологи обнаружили, что он выделяет серотонин, когда чувствует опасность. Серотонин поступает из центральной нервной системы, чтобы предупредить неоплодотворенные яйцеклетки, а затем это передается потомству.
Актуальность исследования
Примеров таких генетических каскадов предостаточно, даже у людей. Исследования показали, что беременные женщины, пострадавшие от голода в Нидерландах с 1944 по 1945 год, известного как Голландская голодная зима, родили детей, на которых этот эпизод повлиял во взрослом возрасте, с более высокими показателями ожирения, диабета и шизофрении.
Биологи решили выяснить, как память о воздействии стресса хранится в яйцеклетке. Гены обладают “памятью” о прошлых условиях окружающей среды, которые, в свою очередь, влияют на их экспрессию даже после того, как эти условия изменились. Как устанавливается эта “память” и как она сохраняется после оплодотворения, эмбриогенеза и после того, как эмбрион развивается во взрослых, неясно.
«Это происходит потому, что во время эмбриогенеза большинство организмов обычно сбрасывают любые изменения, которые были внесены в гены из-за прошлой активности генов», – считает Прахлад.
Материалы и методы исследования
Прахлад с соавторами исследования обратились за подсказками к круглому червю, существу, регулярно изучаемому учеными. Ученые подвергли круглых червей неожиданным стрессам и обнаружили, что память о стрессе укоренилась в яйцеклетках матери благодаря действию белка, называемого фактором транскрипции теплового шока, или HSF1. Белок HSF1 присутствует во всех растениях и животных и активируется изменениями температуры, солености и другими стрессорами.
Результаты научной работы
Исследователи обнаружили, что HSF1 рекрутирует другой белок, фермент, называемый лизин 9 гистона Н3 (H3K9). Последний обычно функционирует во время эмбриогенеза, заставляя гены забыть и стереть память об их предыдущей активности. Однако ученые заметили нечто совершенно иное.
«Мы обнаружили, что HSF1 сотрудничает с механизмами, которые обычно действуют для “сброса” памяти об экспрессии генов во время эмбриогенеза, чтобы вместо этого установить эту память о стрессе», – говорит Прахлад.
Один из этих недавно отключенных генов кодирует рецептор инсулина, который играет центральную роль в метаболических изменениях при диабете у людей, и который, будучи отключен, изменяет физиологию животного, метаболизм и устойчивость к стрессу. Поскольку эти знаки молчания сохранялись у потомства, их стратегия реагирования на стресс была переключена со стратегии, которая зависела от способности быть очень чувствительной к стрессу, на использование механизмов, которые снижали чувствительность к стрессу, но обеспечивали долгосрочную защиту от стрессовой среды.
Обсуждение результатов исследования
«Что мы обнаружили, так это то, что если самка подвергалась стрессу в течение короткого периода времени, то только потомство, развившееся из ее зародышевых клеток, которые подвергались этому стрессу в утробе матери, обладало такой памятью», – заключает Прахлад. «Потомство этих потомков потеряло эту память. Однако, если мать подвергалась длительному периоду стресса, поколение внуков сохраняло эту память. Каким-то образом “доза” воздействия материнского стресса регистрируется в популяции».
Исследователи планируют продолжить изучение этих изменений. HSF1 необходим не только для устойчивости к стрессу, но также повышенные уровни HSF1 связаны с раком и метастазированием. Поскольку HSF1 существует во многих организмах, его недавно обнаруженное взаимодействие с метилтрансферазой H3K9 для подавления гена, вероятно, будет иметь более серьезные последствия.
Авторы другого исследования заявили, что согласно анализу волос, медитация уменьшает хронический стресс.
