Согласно новому исследованию, проведенному Институтом медицинских исследований Гарвана, эпигенетические изменения, форма контроля ДНК, которая дезактивирует некоторые гены, связанные с раком на поздних этапах развития человека, сохранились в течение более 400 миллионов лет.
Ученые обнаружили, что гены, включенные в некоторые виды рака у людей, существуют также у рыбок данио-рерио, однако они «заглушаются» через несколько часов после оплодотворения. Исследование проливает новый свет на то, как наша эпигенетика может регулировать гены, некоторые из которых связаны с развитием рака в более позднем возрасте, на значительных эволюционных расстояниях. Оно также раскрывает существенные различия между тем, как эпигеном «переустанавливается» у эмбрионов рыб и людей, что может служить ориентиром для будущих научных работ в области эпигенетического наследования.
«Мы смогли показать, как сохраняется это эмбриональное событие, которое отключает гены, связанные с раковыми заболеваниями у людей», – отмечает доктор Озрен Богданович, руководитель лаборатории развивающей эпигеномики и главный автор исследования. «Это очень интригует. Однако мы до сих пор не знаем, почему это происходит, но это демонстрирует нам, насколько важно для нашего здоровья подавление генов».
Полученные результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Неожиданный родственник
На первый взгляд, люди и данио-рерио (крошечный вид рыб, обитающий в Южной Азии) едва ли связаны друг с другом – фактически, наш общий эволюционный предок проживал более 400 миллионов лет назад.
Но генетически, эти рыбки и люди не так уж и отличаются – у нас совпадают около 70 процентов генов, продуцирующих белки. Команда Гарвана намеревалась исследовать, насколько долго сохраняются эпигенетические изменения, которые контролируют способ «чтения» ДНК «во время развития эмбриона.
Гены частично контролируются метилированием – метками на ДНК, которые «блокируют» гены от чтения.
Исследователи сначала выделили первичные зародышевые клетки (клетки-предшественники сперматозоидов и яйцеклеток) из развивающихся эмбрионов данио-рерио и получили данные о секвенировании целого генома бисульфита (WGBS) – снимок всего метилирования ДНК в клетке.
Отцовская часть генома данио-рерио
Команда обнаружила фундаментальные различия в том, как метилируется ДНК у эмбрионов млекопитающих и рыбок данио.
У людей эти метки ДНК в основном «очищаются», когда сперма оплодотворяет яйцеклетку, а затем постепенно метилируются, чтобы обеспечить правильное развитие эмбриона. У данио-рерио эмбрионы сохраняют метильную группу отца.
В этом исследовании специалисты обнаружили, что первичные зародышевые клетки рыб не сбрасывают свои паттерны метилирования, но наследуют паттерны метилирования отцовской ДНК. Это контрастирует с данными, полученными в первичных зародышевых клетках млекопитающих, которые подвергаются повторной «очистке» от меток ДНК. Ученые отмечают, что это открытие проливает свет на молекулярные принципы развития зародышевой линии и выделяет рыбок данио в качестве полезной экспериментальной модели для изучения того, как эпигенетические сигнатуры наследуются из поколения в поколение.
Кроме того, исследователи показали, как метилируется ДНК у эмбрионов данио на четырех стадиях развития. Они обнаружили 68 генов, которые были метилированы и выключены на ранних стадиях эмбрионального развития, в течение 24 часов после оплодотворения.
«Что было особенно интересным, так это то, что большинство этих генов принадлежат к группе, называемой антигенами яичка», – сообщает доктор Ксения Скворцова, соавтор исследования. «Наша работа показывает, что это одни из самых первых генов, которые «замолкли» или подверглись метилированию ДНК, причем как у рыбок данио, так и у млекопитающих».
Свежий взгляд на древний механизм
Гены, которые кодируют антигены яичка, или сокращенно CTA, активны только в яичке мужчины, но выключены во всех других тканях человека. По неизвестной причине гены CTA снова включаются при некоторых раковых заболеваниях, таких как меланомы.
«Млекопитающие и рыбы используют разные стратегии, когда дело доходит до развития эмбриона», – заявляет доктор Богданович. «Но, несмотря на это, контроль генов CTA, судя по всему, сохраняется на протяжении всей эволюции».
Хотя эта работа проливает новый свет на нашу эволюцию, она может оказать влияние и на будущее здоровья человека. Лекарства, которые нацелены на CTA, уже исследуются в качестве потенциальной терапии рака. Текущее исследование предоставляет больше доказательств того, насколько значительными являются CTA, и насколько жестко они контролируются в течение эволюции.