Группа китайских ученых сравнила степень метилирования ДНК в половых клетках и зародышах у целого ряда животных: актинии, пчелы, морского ежа, асцидии, рыбы, мыши и человека. Оказалось, что масштабное деметилирование после оплодотворения — переведение программы из режима «половая клетка» в режим «зародыш» — возникло лишь у наиболее близких к нам беспозвоночных и окончательно утвердилось только у позвоночных животных. И активнее всего оно происходит в областях генома, связанных с размножением, развитием и приобретенным иммунитетом.
© Flickr
Распространенная гипотеза гласит, что позвоночные животные возникли в результате удвоения генома беспозвоночных. Получив множество схожих генов, эти животные смогли найти каждой копии свои функции и запускать их в разное время и в разных частях организма. Это, например, произошло с HOX-генами, которые управляют планом строения тела. Но, чтобы система из похожих генов работала эффективно, необходимо, чтобы в каждый момент времени в каждой клетке был активен только один из них. Этого можно добиться с помощью метилирования ДНК — навесить на двойную спираль метильные группы, под действием которых нить ДНК скручивается и становится недоступной для считывания информации. У беспозвоночных животных метилирование встречается редко: у кого-то вообще отсутствует (например, у червей и мух), а у кого-то распределено по геному произвольно без четких закономерностей (как у пчелы или асцидии).
Самые драматические изменения в программе метилирования производит оплодотворение. При этом старые запреты, руководящие половыми клетками взрослого организма, снимаются, гены обретают свободу самовыражения, которую, впрочем, клетка быстро отнимает обратно, метилируя уже другие гены, не актуальные для развития эмбриона. Известно, что у рыбки данио-рерио подобные реформы происходят только в материнском геноме, а отцовские запреты переходят по наследству к потомству. У человека же оба генома на время становятся tabula rasa, лишаясь всех своих метильных меток, а затем получают новую «установку».
Китайские ученые вместе с коллегами из Великобритании и США сравнили метилирование ДНК до и после оплодотворения у разных животных. Представителей беспозвоночных они выбрали из разных систематических групп: актинию (стрекающие, довольно далеки от нас), пчелу (первичноротые, как и большинство беспозвоночных), морского ежа (вторичноротые, как и мы) и асцидию (хордовые, к которым относятся и позвоночные). Оказалось, что у актиний и пчел никакого деметилирования при оплодотворении не происходит. Зато его можно обнаружить у более близких к позвоночным животных — морского ежа и асцидии, а у позвоночных (рыба, мышь, человек) оно выражено четко.
Затем ученые проследили за тем, какие именно гены подвергаются деметилированию при оплодотворении. Оказалось, что у рыб, мышей и человека это области генома, связанные с размножением, развитием организма и работой приобретенного иммунитета — уникальной особенности челюстноротых позвоночных.
Кроме того, исследователи обнаружили, что набор метильных меток на НОХ-генах, отвечающих за «чертеж» строения тела, у беспозвоночных животных никак не изменяется.
Это может означать, что позвоночные, у которых, напротив, НОХ-гены деметилируются активно, могут использовать этот механизм для создания более сложных тел.
Авторы работы также предположили, как деметилирование могло способствовать появлению плаценты. Известно, что у млекопитающих распространен генный импринтинг — часть генов метилируется в зависимости от того, унаследованы они от отца или от матери. Считается, что импринтинг — это столкновение между самцом и самкой на генетическом уровне: гены самца стимулируют рост зародыша, гены самки тормозят его, подстраивая под размер матки. Этот механизм обеспечивает млекопитающим долгое вынашивание и живорождение. И для того, чтобы он мог работать, и пригодилось масштабное деметилирование генов.
Источник: chrdk.ru
