Мухи обеспечили себя внуками

Только представьте, чуть больше ста лет назад, а это срок, сравнимый с продолжительностью жизни, даже именитые ученые, не говоря о простых обывателях, ничего не знали о принципах передачи наследственности. В начале прошлого века частично стали понятны и законы изменчивости. И всего лишь пятьдесят лет назад вместе с описанием структуры ДНК Уотсоном и Криком научная общественность окончательно удостоверилась в том, что основная информация передается от поколения к поколению именно в виде нуклеиновых кислот, а не более «разнообразных» химически белков.

Следующие полвека ушли на детализацию работы генома и подарившую нам понятие «эпигенетической регуляции» – обратимых изменениях функций гена, происходящих без изменения последовательности ДНК.

Самый «свежий» пример такой эпигенетической регуляции – обнаруженные у дрозофил piРНК, передающиеся по наследству независимо от генома, но при этом определяющие фертильность потомства.

Конечно, сами генетики уже давно не утверждают, что абсолютно вся наследуемая от родителей информация спрятана в ДНК ядра – и различные белки, и митохондриальная ДНК, и транскрипционные факторы тоже играют свою роль, в первую очередь влияя на работу основного генома, включая, выключая или усиливая работу того или иного гена.

Один из примеров такой регуляции – химическое «кэпирование», при котором на единичные из 3 миллиардов нуклеотидов-букв одеваются метиловые «шапочки», блокирующие считывание всего гена. Как происходит «кэпирование» ДНК, до конца не известно, ученые предполагают, что это делают белки-ферменты, которые работают «по наводке» коротких цепочек РНК.

Грегори Ханнон и его коллеги из знаменитой лаборатории Колд Спринг Харбор и сосредоточились на поиске соответствующих РНК, тем более что другие виды эпигенетической регуляции с помощью РНК (РНК-интерференция, микроРНК) уже отмечены научной общественностью.

Ученые обнаружили, что piРНК (piRNA), передающаяся от самки дрозофилы по наследству, блокирует работу участков ДНК, отвечающих за стерильность потомства.

Взаимодействующая с белком Piwi (откуда и приставка pi) РНК у взрослого организма обнаруживается только в клетках половых органов и вместе с вышеупомянутым белком подавляет активность мобильных элементов ДНК – транспозонов. Попадая внутрь смысловой последовательности гена, «прыгающие» по всему геному транспозоны могут вызывать мутации. Подобный генетический феномен – причина многих заболеваний, среди которых и новообразования. С другой стороны, он же повышает вероятность возникновения положительных мутаций в клетках.

А вот в половых органах такие мутации ни к чему – они нарушают процесс образования гамет, яйцеклеток и сперматозоидов и могут даже приводить к полной стерильности. По мнению Ханнона, Piwi-белки и piРНК образуют «своеобразную иммунную систему», защищающую геном половых клеток от вмешательства транспозонов.

Как и многие другие наследственные факторы, этот тоже наследуется от матери – «залежи» piРНК ученые нашли в ооцитах до оплодотворения.

А пока человечество задумалось о существовании подобного механизма у людей, генетики продолжают думать о мухах, ведь обнаруженный феномен объясняет почти вековую загадку стерильности потомства, возникающей при скрещивании лабораторных самок с дикими самцами, но не при спаривании идентичных им генетически лабораторных самцов с дикими самками. Вся разница – в одном транспозоне, попавшем в геном лабораторных мух и со временем распространившемся по всем лабораториям.

Вместе с ним лабораторные, но не дикие самки передают своим потомкам piРНК, блокирующую работу транспозона и тем самым поддерживающую плодовитость. А при спаривании лабораторного самца и дикой самки транспозон передается от отца, а вот piРНК от матери – нет, и такие дети получаются бесплодными.

Теперь ученые планируют пополнить список процессов, регулируемых наследуемыми цепочками РНК, а кроме того, поискать подобный феномен и у других организмов.

В комментарии к своей публикации в Science Ханнон отметил, что сейчас они планируют поискать подобные цепочки РНК и в яйцеклетках других животных, ведь это идеальный способ передачи «полезной» информации от матери к будущему потомству.