Дослідники продовжують шукати молекулярні механізми, які пояснили б, як спосіб життя батьків може впливати на їхнє потомство в декількох поколіннях.
Ми часто чуємо про те, що обставини життя батьків накладають свій друк на дітей і навіть онуків. Досліджень на цю тему останнім часом з'являється все більше. Один з найвідоміших прикладів - у тих, кому доводилося сильно голодувати, діти і онуки будуть більш схильні до діабету та ожиріння; вплив голоду, що поширюється через покоління, підтверджують як статистичні медичні дослідження, так і експерименти на тваринах. Так само через покоління може діяти і нікотин: нещодавно ми писали про експерименти з самцями мишей, яким давали нікотин і чиє потомство потім виходило з деякими особливостями. Схожі дані є і про психологічний стрес.
Однак досі не дуже зрозуміло, як саме подібні обставини можуть впливати на кілька поколінь вперед. Якщо б стрес або голод могли змінювати структуру ДНК, тобто вносити в мутації в послідовності тих чи інших генів, то все було б просто: наприклад, якщо через стрес з'явилася мутація в ДНК статевих клітин, то від статевих клітин вона дістанеться і дітям, і онукам. Але стрес і голод - це не ультрафіолет і не радіоактивне випромінювання, щоб псувати ДНК.
Зазвичай у таких випадках говорять про епігенетичну спадковість. Наші гени просто зобов'язані реагувати на все, що з нами відбувається, і якщо у нас сильно змінилася дієта, одні гени починають працювати сильніше, інші слабкіше. Існує маса способів керувати генетичною активністю, і серед них є так звані епігенетичні механізми. Вони змінюють активність генів дуже і дуже надовго - на роки, на десятки років, якщо не на все життя. При цьому з послідовністю ДНК нічого не відбувається, мутацій в ній не з'являється - при епігенетичній регуляції змінюється доступність того чи іншого гена для білків, які зчитують генетичну інформацію.
Епігенетичні механізми є у багатьох живих організмів, від рослин до людини. Притому вдалося зауважити, що часом епігенетичне включення або відключення гена передається у спадок. Тобто якщо у когось із батьків під дією умов середовища епігенетика відключила якийсь ген, то цей ген залишиться відключеним і у потомства - навіть якщо потомство живе зовсім в інших умовах. Однак далеко не завжди вдається підтвердити, що щось передалося у спадок саме завдяки епігенетичному механізму, і часто такі невдачі трапляються, коли мова йде про ссавців.
Дослідники з Кембриджу експериментували з мишами, у яких було різне забарвлення вовни: більш темна, більш світла, або змішана. Фокус у тому, що миші всіх розмальовок можуть бути генетично ідентичні. А це означає, що колір вовни залежить від того, наскільки проявляє себе ген.
Поруч з одним із «кольорових» генів у ДНК мишей можна знайти багато мобільних генетичних елементів - залишків стародавніх вірусів, які колись потрапили в геном, так у ньому і залишилися. Хоча вони вже не проявляють вірусної активності, вони все ж можуть впливати на роботу генів, які знаходяться більш-менш поруч з ними. Але щоб впливати, самі мобільні елементи повинні бути теж активні. І тут вступають у справу епігенетичні механізми регуляції, а точніше один з них, який складається в метилуванні ДНК. Є спеціальні ферменти, які відповідно до потреб клітини навішують або знімають з певних ділянок ДНК метильні групи. Присутність або відсутність метильних груп позначається на активності тієї ДНК, на якій вони сидять. І колір мишей дійсно залежить від метильного епігенетичного візерунка на ДНК мобільних елементів, що керують геном забарвлення вовни.
Фарбування це цілком чітко спадкується: у світлих самиць з більшою ймовірністю народжуються світлі дитинчата, у темних - темні. Якщо вся справа в епігенетиці, тоді у дитинчат ми повинні побачити той же метильний регуляторний візерунок на ДНК, що і у матерів. Однак, як пишуть в Cell Енн Фергюсон-Сміт (Anne C. Ferguson-Smith) і її колеги, епігенетичне спадкування тут проявляється дуже слабо. Якщо взяти шість областей в ДНК, в яких у самки є якась індивідуальна епігенетична особливість, то у її дітей материнський спадок залишиться тільки в одній з цих шести областей, і ефект від такої спадщини буде досить невеликий. А батьківський метильний малюнок і зовсім не успадковується.
Насправді, давно відомо, що при формуванні статевих клітин всі метильні мітки в їх ДНК зникають. Потім, після запліднення, багато з них з'являються знову. Але це стосується тільки тих, які тримають під контролем різні шкідливі послідовності в геномі - наприклад, багато мобільних елементів наглухо запечатані метилуванням, щоб вони раптом не проявили своєї вірусної природи і не почали копіювати себе по всій ДНК. Однак такий епігенетичний захист спрацьовує завжди і у всіх, ніякої спадкової індивідуальності тут немає. Якщо ж говорити саме про якусь епігенетичну особливість, яка могла б від матері перейти до дітей і сформувати у них якусь материнську ознаку, то метилювання ДНК тут, мабуть, ні при чому.
З іншого боку, ми пам'ятаємо, що метилювання ДНК насправді - це один з епігенетичних механізмів регуляції. Дійсно, активністю генів можна керувати через білки-гістони, які постійно супроводжують ДНК, то щільно упаковуючи її, то розпаковуючи для роботи. У гістонів теж є свої модифікації, які сидять на них досить довго, і певним чином модифікований гістон може щільно упакувати шматок ДНК до кінця життя. І є ще механізм, пов'язаний з некодуючими РНК - регуляторними нуклеїновими кислотами, які не несуть інформації ні про який білок, але можуть самі впливати на клітинні молекулярно-генетичні процеси.
У статті в Molecular Psychiatry дослідники з Кембриджу разом з колегами з Цюріхського університету пишуть, що за епігенетичну спадковість можуть відповідати саме регуляторні РНК певного виду. Автори роботи помітили, що склад таких РНК у сперматозоїдах змінюється після травматичного досвіду - наприклад, після того, як самців мишей регулярно змушували сидіти на відкритому місці або в яскраво освітленій клітці (гризуни, як ми розуміємо, ні відкритих місць, ні яскравого світла не люблять).
Коли некодуючі РНК стрессованих самців вводили в запліднені яйцеклітини (запліднені іншими, нестресированими самцями), то у потомства з'являлися характерні посттравматичні ознаки, починаючи від змін в обміні речовин до змін у поведінці. При цьому конкретний ефект залежав від того, якого роду «стресові» некодуючі РНК вводили в зародок: одні робили мишей більш ризиковими, інші, навпаки, посилювали в їх характері депресивні риси.
Тобто відповіді на питання, як саме життєвий досвід батьків впливає на дітей, поки що немає. Вірніше, ми можемо більш-менш впевнено стверджувати, що він явно впливає, проте молекулярні механізми цього починають розкриватися тільки зараз.