Плодовые мушки-мутанты помогли разрешить одну из загадок генетики: каким образом стресс, испытанный родителями от плохого питания, наркозависимости или вредных воздействий окружающей среды, может передаваться детям и внукам.
Исследования на мышах показали, что если животное подвергать стрессу в течение хотя бы двух недель, его потомство, даже не обделенное родительской заботой, будет демонстрировать признаки депрессии и беспокойства. Большое количество наблюдательных данных, накопленных за последнее время, также косвенно указывает, что такие популярные человеческие болезни, как диабет, ожирение, психические заболевания и даже устойчивые фобии могут быть результатом стресса, испытанного не только родителями, но даже дедушками и бабушками.
Логично предположить, что стрессовые воздействия могут вызывать молекулярные изменения, которые, не затрагивая самой структуры ДНК, оставляют в генах особые химические метки, определяющие активность, с какой они будут экспрессироваться по мере роста и развития организма.
Между тем попытки выявить механизм наследственного стресса до сих пор терпели неудачу.
Похоже, убедить скептиков, что молекулярный алгоритм, передающий эффекты стресса по наследству, не затрагивая структуры ДНК, действительно существует, на этот раз удастся исследовательской группе Шуншуке Ишии из Института физико-химических исследований в Цукубе (Япония), опубликовавшей статью на эту тему в журнале Cell.
Гены кодируют белки — базовые функциональные блоки организма. Но, как часто и каким образом закодированная в ДНК информация будет «раскрываться» на сборочных белковых конвейерах клетки — экспрессироваться, — зависит от того, как эти гены упакованы в более сложные структуры, известные под названием хроматин.
Обнаружилось, что некоторые участки генома, названные гетерохроматином, упакованы более плотно и не содержат активных генов.
Еще давно группа Ишии открыла у дрожжей ген, отвечающий за плотную упаковку гетерохроматина и получивший название фактора активации транскрипции-2 (ATF-2). Ген ATF-2 выполняет функции застежки-молнии: если его повредить, структура хроматина распаковывается, позволяя экспрессироваться «спящим» генам. Тогда же удалось показать, что в ответ на вредные воздействия окружающей среды (в частности, активных форм кислорода) в клетке вырабатываются ферменты, которые повреждают ATF-2.
Такой поврежденный ATF-2 наследуется клетками-потомками. Теперь же японским биологам удалось показать, что если клетками, испытавшими стресс, являются половые клетки, то дефектный хроматин передается по наследству всем клеткам организма-потомка.
Чтобы понять механизм наследственной передачи стресса биологи вывели дрозофилу-мутанта с красными глазами.
Отвечающий за мутацию ген был четко локализован в плотно упакованном участке генома и должен был оставаться неактивным, пока гетерохроматин «застегнут» ATF-2. Таким образом, повреждая ATF-2, можно было легко проследить наследственную передачу стресса по одному экспрессированному признаку — красным глазам плодовых мушек.
Биологи подвергли стрессу одно поколение дрозофил-мутантов со спящим геном, нагревая яйца мушек или экспонируя их в соленой воде. Как выяснилось, если скрестить мушек, подвергнутых стрессу, со здоровыми, дефектный ATF-2, «расстегивающий » плотно упакованные участки хроматина, передается по наследству только второму поколению мушек, но не третьему. Но если подвергнуть стрессу и первое, и второе поколение мушек, дефект становится более долгоживущим, передаваясь трем последующим поколениям дрозофил.
«Иначе говоря, устойчивый стресс на протяжении нескольких поколений вызывает изменения хроматина, которые сохраняются и передаются следующим поколениям», — резюмирует Ишии.
Авторы предполагают, что полученные результаты могут быть перенесены на высших животных, в том числе на млекопитающих, у которых тоже есть ген, аналогичный ATF-2, — ATF-7. Эпигенетический перенос стрессовых воздействий, открытый японцами, может влиять на многочисленные клеточные функции и метаболизм в организме человека, провоцируя патологии обмена (диабет), различные функциональные и психические заболевания.
В будущем, возможно, будет разработана коррекция таких эпигенетических переносов (в дополнение к наследственным заболеваниям, закодированным в ДНК). Пока же можно лишь констатировать, что дети все-таки отвечают за грехи отцов — если и не морально, то физически.