Нови доказателства за епигенетично предаване от бащата и майката на потомството

 Традиционно се смята, че генетичният материал, предаван от родителите, е единственият наследствен фактор, който определя здравословното състояние на потомството. Днес е известно, че наследяването е много по-сложно. Вярно е, че повечето фенотипни вариации в популация могат да бъдат обяснени благодарение на генетичното наследяване. Понастоящем обаче познаваме други форми на наследяване, които влияят върху здравето на потомството и които не включват непосредствено последователността на ДНК. Такъв е случаят с епигенетичното наследяване.

 Епигенетичното наследяване се осъществява по епигенетични механизми, такива като модификация на хистони, некодираща РНК или метилиране на ДНК. Потвърдено е, че тези механизми могат да бъдат засегнати от различни фактори от околната среда като употреба на някои субстанции, стрес или начин на хранене. Въпреки това все още не е известно как някои от тези фактори повлияват върху предаването на различни аспекти от здравето на поколението. 

Две скорошни изследвания идентифицират някои от заобикалящите фактори, които влияят върху епигенетичното наследяване. Първото от тях, публикувано в списание Developmental Cell миналия 8 март, определя, че начинът на хранене на бащата произвежда епигенетични промени в протеините на спермата, които могат да засегнат развитието на поколението. Второто, публикувано в PNAS миналия 23 март, открива, че определени фактори като възраст на майката или употрбата на алкохол могат да засегнат генетичния импринтинг на овоцитите преди зачеването.

Излагането на родителите на определени фактори на околната среда може да повлияе на здравето на потомството чрез епигенетични механизми, които влияят върху експресията на гени, без да променят ДНК последователността. Изображение: Rosario García, Genotipia.

Бащината диета влияе върху здравето на потомството

Първото от проучванията, публикувано на 8-март 2021, е резутат от 15 години труд на група изследователи от университета Макгил. Авторите са наблюдавали при модели на мишки, че липсата на фолат в бащината диета води до някои епигенетични промени в сперматозоидите. Екипът е установил, че тези промени влияят върху здравето на потомството.  

Фолатът е вид витамин В, който се намира в естествен вид в много храни като бобови, сухи плодове и зърнени храни. Този витамин е важен за правилното функциониране на организма, тъй като е тясно свързан със синтеза на нуклеиновите киселини и клетъчното делене.

В проучването авторите хранят мъжките мишки с бедни на фолат храни и анализират метилирането на хистони в сперматозоидите им. Установяват, че мишките, хранени с диета, в която липсва фолат, показват алтерации в метилирането на лизин 4 в хистон H3 (H3K4me3) в определени гени, свързани с развитието.

За да потвърдят дали епигенетичните промени, причинени от липсата фолат в родителите, причинява промени в потомството, екипът опложда яйцеклетки на здрави самки със сперма от мишки, хранени с диета с недостиг на фолат. Авторите определят, че някои от епигенетичните промени в H3K4ME3, присъстващи в сперматозоида, преобладават в ембриона преди имплантацията и дори се поддържат по време на развитието. Освен това екипът свързва тези епигенетични промени с различни скелетни дефекти в потомството.

„Големият напредък на това проучване е, че то е идентифицирало не-базирани на ДНК средства, чрез които сперматозоидите запомнят околната среда на бащата и предават тази информация на ембриона“, обяснява д-р Сара Киминс, авторка на изследването и изследователка в Катедрата по фармакология и терапия, Медицински факултет на Университета Макгил. Както обяснява д-р Киминс, това проучване предполага, че ключът към разбирането и предотвратяването на някои заболявания може да включва епигенетични промени в протеините на бащините сперматозоиди.

Следващата стъпка на авторите ще бъде да се определи дали наследствените промени в хистоните, произведени от липсата на фолиева киселина, могат да бъдат обратими. „Имаме нова вълнуваща работа, която загатва, че това е така“, казва д-р Киминс.

 

Възраст и употреба на алкохол преди бременността, два фактора, които влияят 

върху генетичния импринтинг на потомството

От друга страна, втората работа, извършена от изследователи от Института Ван Андел и Университета Стеленбош, се фокусира върху гена nc886, един от импронтните гени, които се предават от майките на децата. Авторите са изследвали този ген, тъй като той е единственият, за когото е известно, че има полиморфен генетичен импринтинг в популацията.

Генетичният импринтинг е биологичен процес, който "етикетира" химически определени гени по време на формирането на гаметите. Тези епигенетични маркировки имат решаваща рола в изразяването на тези гени в поколението, те регулират тяхната активност.

За това проучване авторите са използвали данни за генома на повече от 1100 двойки от майки и деца от южноафриканския континент. В тях те изучават генетичния импринтинг на гена nc886 и анализират как той се влияе от различни фактори на околната среда на майката, като консумацията на алкохол или тютюн преди бременността. Резултатите показват, че импринтингът на nc886 се влияе от възрастта на майката и консумацията на алкохол една година преди зачеването, но не и от употребата на тютюн.

Изследователите не са разяснили повече последствия от промените в майчиния импринтинг, повлияни от възрастта и употребата на тютюн. „Въпреки че резултатът от промяната е неясен, нашите открития ни дават ценна представа за това как факторите на околната среда влияят върху генната регулация чрез епигенетика и импринтинг.“ Обяснява д-р Питър А. Джоунс, научен директор на Института Ван Андел и автор на изследването.

Предишни проучвания от екипа на д-р Джоунс показват, че фаловете в импринтинга на гена nc886 са свързани с по-голяма телесна маса при 5-годишните. Други проучвания свързват грешките в импринтинга на този ген с повишена преживяемост при пациенти с остра миелоидна левкемия и с лош отговор на някои лекарства за диабет.

 

Една голяма стъпка за изследването на епигенетичното наследяване

И двете проучвания предполагат подобрения в познаването на факторите на околната среда, които влияят върху епигенетичното наследство, като в същото време те отварят вратите за нови изследвания, свързани с този тип наследство. „По-доброто разбиране на тези сложни процеси увеличава нашето разбиране за здравето и болеститта и може един ден да бъде основата на нови мерки в превенцията на заболяванията“, обяснява д-р Джоунс.

 

Оригинални статии:

Carpenter BL, et al. Oocyte age and preconceptual alcohol use are highly correlated with epigenetic imprinting of a noncoding RNA (nc886). Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 Mar 23;118(12):e2026580118. doi: 10.1073/pnas.2026580118

Lismer A, et al. Histone H3 lysine 4 trimethylation in sperm is transmitted to the embryo and associated with diet-induced phenotypes in the offspring. Dev Cell. 2021 Mar 8;56(5):671-686.e6. doi: 10.1016/j.devcel.2021.01.014

Fuentes:

Study explores how environmental exposures before conception may impact fetal development. Van Andel Institute: https://www.vai.org/jones-pnas-nc886/

How sperm remember. McGill University:https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/how-sperm-remember-329649

Автор: Rubén Megía González, Genotipia

Превод от испански: Лиляна Петрова

Източник: Nuevas evidencias de transmisión epigenética paterna y materna a la descendencia