Известно, что окружающая нас внешняя среда – то, что мы едим, токсичные химические соединения, воздействию которых мы подвергаемся, и многие другие факторы – могут положительно или отрицательно влиять на продолжительность нашей жизни. Но может ли среда влиять на продолжительность жизни наших потомков, которые, возможно, будут жить в совершенно других условиях? Недавнее исследование ученых Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine) позволяет предположить, что вероятность этого существует.

Светящиеся области в геноме C. elegans
идентичны областям генома его предков
с мутациями, увеличивающими
продолжительность жизни. У этого
потомка нет таких мутаций.
(Фото: Travis J. Maures)

Группа ученых во главе с адъюнкт-профессором генетики Школы медицины Стэнфордского университета Энн Брюнэ (Anne Brunet), старшим автором опубликованной в Nature статьи, установила, что подавление или изменение экспрессии любого из трех ключевых белков в организме модельного лабораторного животного – круглого червя Caenorhabditis elegans  – увеличивает продолжительность жизни не только самого животного, но и его потомства. Такая картина наблюдается, даже если первоначальной генной модификации у потомков уже нет. Это открытие впервые показывает, что предрасположенность к определенной продолжительности жизни может наследоваться без вовлечения генетических механизмов и передаваться потомкам на протяжении нескольких поколений.

Несмотря на необходимость дальнейших исследований, эта работа дает возможность предположить, что изменения, возникшие в организме наших прапрадедов, например, как результат воздействия определенной диеты или других условий окружающей среды, могли оказать влияние на нашу собственную продолжительность жизни. Очень заманчиво перенести полученные результаты на организм человека, у которого есть белки, аналогичные белкам червей, с которыми работали ученые.

«В некотором смысле эта работа связана с идеей наследования приобретенных признаков, которую фактически можно назвать ересью, так как она давно опровергнута законами Менделя», – комментирует результаты своего исследования профессор Брюнэ. «Но мы показали, что у круглых червей действительно из поколения в поколение наследуется предрасположенность к большей продолжительности жизни, обусловленная мутациями в белках, которые, как правило, добавляют эпигенетические модификации к хроматину».

Термин «эпигенетика» описывает процессы, посредством которых организмы модулируют экспрессию своих генов в ответ на сигналы окружающей среды, не изменяя при этом своей генетической основы – ДНК. Эпигенетически – добавлением химических меток к гистонам или самой ДНК или их удалением – может модифицироваться хроматин – комплекс из ДНК и белков-гистонов, сохраняющий генетический материал плотно упакованным в ядре клетки. Хотя большинство модификаций хроматина «сбрасывается» в процессе воспроизводства и не передается следующему поколению, исследование Брюнэ предполагает, что в некоторых случаях такого полного перепрограммирования не происходит.

Настоящее исследование основано на результатах более ранней работы лаборатории профессора Брюнэ, в которой было показано, что мутации в нескольких белках-регуляторах хроматина могут увеличивать продолжительность жизни червей С. elegans на целых 30 процентов. Интересно, что эти регуляторы контролируют продолжительность жизни, функционируя, по крайней мере, частично, в репродуктивной системе червей, или в клетках зародышевой линии. Это исследование было опубликовано в журнале Nature в прошлом году.

Брюнэ и ее коллег заинтересовало, передается ли влияние на продолжительность жизни этих регуляторов хроматина потомству червей в том случае, если сами мутации больше не присутствуют в геноме животных. Чтобы ответить на этот вопрос, они вызвали мутацию в каждом из трех генов, кодирующих белки ASH-2, WDR-5 и SET-2 – компоненты регуляторного комплекса хроматина, добавляющего метильные группы к определенному гистону. Эти метильные группы фиксируют открытую конфигурацию хроматина, делая ген доступным для экспрессии.

Затем червей каждой их трех линий разводили таким образом, что у их потомства эти мутации не экспрессировались. Ученые установили, что потомки с нормальным уровнем экспрессии любого из трех белков (но имеющие предков с их дефицитом) по-прежнему жили дольше, чем потомки животных, никогда не имевших аналогичных мутаций. Большая продолжительность жизни сохранялась в некоторых случаях до трех поколений, но в конечном итоге исчезала – продолжительность жизни червей возвращались к норме. Сравнив профили генной экспрессии долгоживущих потомков червей-мутантов и контрольных животных, ученые обнаружили, что было унаследовано изменение в экспрессии и нескольких сотен других генов.

«Мы пока не знаем точного механизма этой эпигенетической памяти о продолжительности жизни», – говорит Брюнэ. «Можно предположить, что если родительскому поколению недостает ключевых компонентов, обычно регулирующих хроматин, эпигенетические метки не полностью сбрасываются в зародышевой линии следующего поколения, индуцируя, таким образом, наследуемые изменения в экспрессии генов. Было бы очень интересно понять, как это происходит».

Оказывают ли влияние на последующие поколения факторы окружающей среды, способствующие увеличению продолжительности жизни, такие как ограничение калорий? На этот вопрос у ученых пока все-таки нет однозначного ответа.

Аннотация к статье

Transgenerational epigenetic inheritance of longevity in Caenorhabditis elegans