Ny undersøgelse viser transmission af epigenetisk hukommelse på tværs af flere generationer

Uden at ændre den genetiske kode i DNA'et kan epigenetiske modifikationer ændre, hvordan gener udtrykkes, hvilket påvirker en organismes sundhed og udvikling. Den engang radikale idé om, at sådanne ændringer i genekspression kan nedarves, har nu en voksende mængde beviser bag sig, men de involverede mekanismer er stadig dårligt forstået.

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved UC Santa Cruz viser, hvordan en almindelig type epigenetisk modifikation kan overføres via sæd, ikke kun fra forældre til afkom, men også til den næste generation ("grandoffspring"). Dette kaldes "transgenerationel epigenetisk arv", og det kan forklare, hvordan en persons helbred og udvikling kan blive påvirket af hans eller hendes forældres og bedsteforældres oplevelser.

Undersøgelsen blev offentliggjort i ugen den 26. september i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , fokuseret på en særlig modifikation af et histonprotein, der ændrer den måde, DNA pakkes i kromosomerne. Dette bredt undersøgte epigenetiske mærke (kaldet H3K27me3) er kendt for at slukke eller "undertrykke" de berørte gener og findes i alle flercellede dyr – fra mennesker til nematodeormen C. elegans, der blev brugt i denne undersøgelse.

"Disse resultater etablerer et årsag-og-virkningsforhold mellem sæd-overførte histonmærker og genekspression og udvikling i afkom og grandoffkom," sagde den tilsvarende forfatter Susan Strome, professor emerita i molekylær-, celle- og udviklingsbiologi ved UC Santa Cruz.

Histoner er de vigtigste proteiner involveret i pakningen af ​​DNA i kromosomerne. Det epigenetiske mærke kendt som H3K27me3 refererer til methylering af en bestemt aminosyre i histonen H3. Dette fører til, at DNA'et bliver tættere pakket, hvilket gør generne i den region mindre tilgængelige for aktivering.

Den nye undersøgelse involverede selektivt at fjerne dette histonmærke fra kromosomerne af C. elegans sædceller, som derefter blev brugt til at befrugte æg med fuldt markerede kromosomer. I det resulterende afkom observerede forskerne unormale genekspressionsmønstre med gener på de faderlige kromosomer (arvet fra sædcellerne) tændt eller "opreguleret" i fravær af det undertrykkende epigenetiske mærke.

Dette førte til, at væv tændte for gener, som de normalt ikke ville udtrykke. For eksempel tændte kimlinjevæv (som producerer æg og sædceller) gener, der normalt udtrykkes i neuroner.

"I alle de væv, vi analyserede, blev generne udtrykt afvigende, men forskellige gener blev vist i forskellige væv, hvilket viser, at vævskonteksten afgjorde, hvilke gener der var opreguleret," sagde Strome.

Analyse af kromosomerne i afkommets kimlinjevæv afslørede, at de opregulerede gener stadig manglede det repressive histonmærke, mens mærket var blevet genoprettet på de gener, der ikke var opregulerede.

"I afkommets kimlinie blev nogle gener afvigende tændt og forblev i den tilstand, der manglede det undertrykkende mærke, mens resten af ​​genomet genvandt mærket, og det mønster blev videregivet til grandafkommet," forklarede Strome. "Vi spekulerer i, at hvis dette mønster af DNA-pakning opretholdes i kimlinien, kan det potentielt blive videregivet i adskillige generationer."

Hos børneafkommet observerede forskerne en række udviklingsmæssige effekter, herunder nogle orme, der var fuldstændig sterile. Denne blanding af resultater skyldes, hvordan kromosomer fordeles under celledelingerne, der producerer sæd og æg, hvilket resulterer i mange forskellige kombinationer af kromosomer, som kan overføres til næste generation.

Forskere i Stromes laboratorium har studeret epigenetisk arv i C. elegans i årevis, og hun sagde, at dette papir repræsenterer kulminationen på deres arbejde på dette område. Hun bemærkede, at andre forskere, der studerer pattedyrsceller i kultur, har rapporteret resultater, der ligner hendes laboratorieresultater i orme, selvom disse undersøgelser ikke viste overførsel på tværs af flere generationer.

"Dette ligner et bevaret træk ved genekspression og udvikling hos dyr, ikke bare et mærkeligt ormespecifikt fænomen," sagde hun. "Vi kan lave fantastiske genetiske eksperimenter i C. elegans, som ikke kan udføres i mennesker, og resultaterne af vores eksperimenter med orme kan have brede implikationer i andre organismer." + Udforsk yderligere

Ny undersøgelse viser effekter på afkom af epigenetisk arv via sæd