Найбільш захоплюючим останнім часом у дослідженні генетики людини стала здатність проводити масштабні систематичні дослідження генетичних варіацій у тисяч людей. Ці геномно-асоціативні дослідження (GWAS) революціонізували наше розуміння багатьох різних складних захворювань.

Але, незважаючи на ці досягнення, ми все ще здатні пояснити лише невелику частку спадковості багатьох станів здоров’я. У дослідженні, яке провела моя лабораторія щойно опубліковано в Science, ми показуємо, що на атрибути людини може сильно вплинути генетична зміна у несподіваній частині геному, яку не помічали у попередніх дослідженнях.

Фактори навколишнього середовища, які поряд з генетикою відіграють роль у визначенні атрибутів людини, також присутні в утробі матері. Коли нащадки знаходяться в утробі матері, те, що їхні матері відчувають екологічно (включаючи дієту, стрес, куріння), може вплинути на властивості нащадків, коли вони стануть дорослими. Це «програмування розвитку» має великий внесок у епідемію ожиріння, яка спостерігається сьогодні.

Ключовим гравцем у цьому процесі є епігенетика. Епігенетика - це модифікації, які знаходяться поза геному і визначають, які фрагменти ДНК зробити більш активними чи неактивними. Одна з таких модифікацій передбачає мічення ДНК сполуками, які називаються метильними групами. Метильні групи визначають, експресуються (включені) гени чи ні. Клітини печінки та клітини нирок генетично ідентичні, крім епігенетичних ознак. Було запропоновано, що у відповідь на погане середовище в утробі матері епігенетичний профіль нащадків зміниться.

У нашому дослідженні ми порівнювали потомство вагітних мишей, які отримували дієту з низьким вмістом білка (8% білка) і звичайну дієту (20% білка). Після того, як вони були відлучені від грудей, усі нащадки отримали нормальний раціон. Потім ми подивились на різницю в метилюванні ДНК нащадків, порівнявши тих мишей, чиї матері мали дієту з низьким вмістом білка, і тих, чиї матері мали нормальне харчування.

Дивлячись у неправильному місці

Спочатку ми нічого не виявили, тому це стало великою несподіванкою, але потім ми подивилися дані рибосомної ДНК (рДНК) і виявили величезні епігенетичні відмінності. Рибосомна ДНК-це генетичний матеріал, який утворює рибосоми-машини для побудови білка всередині клітини.

Коли клітини піддаються стресу - наприклад, коли рівень поживних речовин низький - вони змінюють вироблення білка як стратегію виживання. У мишей, матері яких годувалися дієтою з низьким вмістом білка, ми виявили, що вони мали метильовану рДНК. Це уповільнило експресію їх рДНК і призвело до зменшення потомства - на 25% легше.

Ці епігенетичні ефекти виникають у критичне вікно розвитку, поки потомство знаходиться в утробі матері, але є постійним ефектом, який зберігається і в дорослому віці. Тому дієта матері з низьким вмістом білка під час вагітності, ймовірно, матиме більш серйозні наслідки для епігенетичного стану та ваги нащадків, ніж власна дієта потомства після відлучення.

Дивлячись за межі епігенетичних маркерів, коли ми розглянули основну генетичну послідовність рДНК, ми виявили ще більший сюрприз. Незважаючи на те, що всі миші у дослідженні були виведені як генетично ідентичні, ми виявили, що рДНК між окремими мишами не була генетично ідентичною - і навіть у межах окремої миші різні копії рДНК генетично відрізнялися. Отже, існує велика різниця в рДНК, яка також відіграє велику роль у визначенні атрибутів нащадків.

У будь -якому даному геномі існує багато копій рДНК, і ми виявили, що не всі копії рДНК відповідали однаково епігенетично. Лише один тип рДНК-"А-варіант"-виявився підданим метилированию і вплинув на вагу. Це означає, що епігенетична відповідь даної миші визначається генетичною варіацією їх рДНК-ті, у кого більше А-варіанту рДНК, виявляються меншими.

За даними різних досліджень, спадковість (наскільки ризик захворювання пояснюється генетичними факторами) діабету 2 типу становить від 25% до 80%. Однак лише близько 20% спадковості діабету 2 типу пояснюється дослідженнями геномів людей з цим захворюванням.

Той факт, що генетичні варіації рибосомної ДНК, здається, мають такий сильний вплив, свідчить про те, що ГВАС у людей може не брати ключової частини головоломки, оскільки досі вони розглянули лише одну копію геномів людей. Генетичний та епігенетичний аналіз рДНК у людей може дати дуже важливе уявлення про різноманітні захворювання людини.

про автора

Вардхман Рак’ян, Професор епігенетики, Лондонський університет королеви Марії

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon