Законы Менделя, описывающие наследование генетических признаков, оказались неполными применительно к эпигенетическим механизмам. Ученые из Университета Джонса Хопкинса и Техасского университета A&M обнаружили, что значительная часть химических модификаций ДНК передается потомству в обход классических правил генетики. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Genetics, могут изменить представление о том, как организмы адаптируются к внешней среде и передают приобретенные признаки.
Эпигенетика изучает изменения активности генов, которые не затрагивают саму последовательность ДНК. Одним из ключевых механизмов является метилирование – присоединение метильных групп к регуляторным участкам генов, что фактически «выключает» их работу. Ранее считалось, что наследование таких меток в целом подчиняется менделевским принципам, за исключением некоторых известных феноменов вроде геномного импринтинга, при котором активность гена зависит от его происхождения от отца или матери.
В рамках нового исследования биологи проанализировали ткани трех поколений мышей – всего 79 животных, включая 26 особей в первом поколении, 34 во втором и 19 в третьем. С помощью технологии секвенирования длинных прочтений ДНК авторы работы одновременно отслеживали как структуру генома, так и 12 известных паттернов метилирования. Это позволило получить детальную картину распределения эпигенетических меток на хромосомах.
Из всех исследованных случаев наследования эпигенетических признаков на неполовых хромосомах около 7% (522 случая) продемонстрировали отклонения от законов Менделя. Ученые выявили 54 примера так называемого эмерджентного наследования, при котором метилирование появлялось у потомства во втором или третьем поколении, хотя полностью отсутствовало у родителей. По словам исследователей, эти химические маркеры возникали фактически «из ниоткуда», что указывает на существование пока не изученных механизмов формирования эпигенетических признаков.
Кроме того, авторы работы впервые зафиксировали у млекопитающих феномен парамутации, который ранее наблюдали только у растений и мух. В гене Capn11, отвечающем за развитие сперматозоидов, метилирование одного аллеля приводило к аналогичному изменению парного аллеля. У человека нарушения в работе этого гена связаны с бесплодием. Примечательно, что парамутация произошла в области повторяющихся генетических элементов, чувствительных к воздействию факторов внешней среды, таких как диета, стресс и перенесенные травмы.
Открытие показывает, что эпигенетические изменения могут наследоваться гораздо более сложным путем, чем предполагалось ранее. Подобная гибкость позволяет популяциям быстрее приспосабливаться к меняющимся внешним условиям, не дожидаясь появления случайных мутаций в самой ДНК. В дальнейшем авторы планируют проверить наличие схожих механизмов у человека, что поможет точнее оценивать риски развития наследственных заболеваний и понимать влияние образа жизни родителей на здоровье последующих поколений.
