Новое исследование, опубликованное в журнале Molecular Cell в марте 2020 года, сообщает, что рацион питания родителей является решающим фактором в будущем метаболическом здоровье потомства.

Гипотеза о происхождении и заболевании у истоков развития

Уже известно, что, если родители едят диеты с недостаточным содержанием белка или высоким содержанием жира, они закладывают основу для будущих метаболических нарушений у своих детей, когда последние достигнут зрелости. Текущее исследование на мышах добавляет знания о молекулярных механизмах, которые вызывают это.

Некоторые ученые придерживаются философии происхождения здоровья и болезней, при которых такие факторы, как стресс родителей и диета в пренатальной жизни, являются ключом к развитию болезней во взрослой жизни. Это имеет некоторую экспериментальную поддержку в том, что исследования показали значительную роль, которую играют факторы окружающей среды в определении здоровья взрослого их потомства, помимо генетического вклада. Одним из особенно важных внутриутробных воздействий является потребление низкобелковых диет родителями, что связано с будущими нарушениями обмена веществ у детей.

Эпигенетическая регуляция основана на способах воздействия пищи. Это относится к изменениям уровня экспрессии различных генов, опосредованным изменениями в различных боковых группах, прикрепленных к молекуле ДНК, без каких-либо структурных изменений в самих генах. Фактическая работа этого механизма оставалась неизвестной и была мотивом для текущего исследования.

Исследование

В настоящем исследовании изучалась диета родителей и здоровье будущего потомства на мышиной модели. Ученые кормили как самцов, так и самок мышей обычной мышиной пищей или пищей, в которой не было достаточного количества белка. Затем мышам позволяли спариваться, а потомкам позволяли расти до зрелого возраста.

Затем исследователи изучили паттерн экспрессии генов у этих потомков во взрослой жизни, рожденных от мышей мужского пола, которые находились на регулярной или низкобелковой диете.

Они также повторили эксперимент с использованием мышей-самцов с инженерными геномами, у которых отсутствовала единственная копия гена, кодирующая фактор транскрипции, называемый ATF7, который, следовательно, является одним из генов, определяющих состояние активности гена в любом данное время.

Выводы

Ученые обнаружили, что сотни генов в печени были экспрессированы на разных уровнях в двух группах взрослого потомства. Многие из этих генов регулируют различные стадии метаболизма холестерина в организме.

Однако, когда только одна копия гена ATF7 присутствовала у родителей мужского пола, у получающегося потомства наблюдалась та же картина экспрессии генов, что и у тех, кто родился от нормальных мышей мужского пола.

Ученые полагают, что этот вывод свидетельствует о влиянии диеты родителей мышей-самцов на здоровье будущего взрослого потомства. Тот факт, что родитель мужского пола не может вызвать каких-либо изменений в метаболическом профиле потомства после зачатия, означает, что эти результаты, вероятно, вызваны эпигенетическими изменениями в ДНК, переносимой в сперме, полученной от мужского родителя. А отсутствие вредных изменений в экспрессии генов после делеции гена ATF7 означает, что этот белок играет жизненно важную роль в этом процессе.

Фактически, затем исследователи продолжили исследовать геном в сперматозоидах на предмет генов, четко регулируемых ATF7. Сюда входят гены для метаболизма жиров и выработки холестерина в клетках печени.

Результаты были интригующими: у самцов мышей на диете с низким содержанием белка ATF7 в клетках сперматозоидов не мог прочно связываться с генами, которые они должны регулировать. В результате произошло определенное изменение в некоторых гистонах, которые являются основными белками, прикрепленными к цепи ДНК для ее стабилизации. Изменение гистонов привело к «включению» генов, которые ATF7 не смог регулировать в сперматозоидах – которые обычно должны были отключаться.

Исследователь Шунсукэ Исии из RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR) отмечает: «Самым удивительным и захватывающим открытием было то, что эпигенетические изменения, вызванные отцовской низкобелковой диетой, сохраняются в зрелой сперме во время сперматогенеза и передаются следующему поколению. . "

Последствия

Таким образом, исследование на мышах подтверждает гипотезу о развитии здоровья и болезнях, основанную на развитии, а также проливает свет на типы дисбаланса в питании, которые могут вызывать такие заболевания, как диабет, у потомства. Более того, оценка эпигенетических изменений сперматозоидов в генах, определенных в этом исследовании, должна позволить прогнозировать тип метаболической дисфункции, которая возникнет в последующем поколении.

Исследователи резюмируют: «Мы надеемся, что люди, особенно те, у кого плохое питание по выбору, будут уделять больше внимания своей диете при планировании следующего поколения. Наши результаты показывают, что диеты с большим количеством белка и меньшим количеством жира полезнее для здоровья не только для собственного тела, но и для спермы и здоровья потенциальных детей. "