Исследователи из Принстона

считают, что усвоенное поведение избегания может быть унаследовано несколькими поколениями
        

Исследователи из Принстонского университета обнаружили, что изученное поведение может наследоваться от нескольких поколений в C. Элеганс передается от родителей к потомству через яйца и сперматозоиды. Документ, детализирующий это открытие, Ребеккой Мур, Рэйчел Калецки и Колин Мерфи, появляется в выпуске 13 июня журнала Cell .

Хорошо известно, что характеристики организма кодируются генами, которые передаются от родителя к потомству через яйцеклетку и сперму зародышевой линии. Наследование некоторых признаков определяется исключительно тем, получает ли индивидуум доминантную или рецессивную форму ассоциированного гена от каждого родителя. На другие наследственные признаки влияют как генетический состав, так и такие факторы, как питание, температура или стресс окружающей среды, которые могут влиять на уровни экспрессии родственных генов. Особенности, наследование которых не обусловлено исключительно последовательностью ДНК, называются «эпигенетическими» (префикс «эпи» означает «поверх»).

Фенотип организма может изменяться в течение его жизни из-за эпигенетических механизмов. Например, при микроскопическом круглом черве Caenorhabditis elegans голод или тепловой стресс заставляют животных приспосабливаться к этим условиям, варьируя экспрессию множества генов. На уровне генома эти изменения можно сделать долговременными, изменив, насколько плотно упакована ДНК, кодирующая ген, тем самым регулируя ее доступность для механизма транскрипции РНК. Альтернативно, клетки могут задействовать механизмы, которые разрушают или изолируют кодирующие белок РНК-транскрипты. Когда эти модификации сделаны в половых клетках, они могут быть переданы будущим поколениям в явлении, известном как трансгенерационное эпигенетическое наследование. Исследования показали, что C. Приспособления elegans к голоданию и тепловому стрессу могут наследоваться в течение нескольких поколений. Могут ли таким способом передаваться и более сложные фенотипы, такие как поведенческие изменения?

В естественной среде черви вступают в контакт со многими различными видами бактерий. Некоторые из них являются питательными источниками пищи, в то время как другие заражают и убивают их. Первоначально черви привлекают возбудителя Pseudomonas aeruginosa, но при заражении они учатся избегать его. В противном случае они умрут в течение нескольких дней. "

Колин Мерфи, профессор кафедры молекулярной биологии Принстона и Института интегративной геномики им. Льюиса-Сиглера

Мур и ее коллеги исследовали, C. Элеганс может передать это научное поведение избегания своему потомству. Они обнаружили, что, когда матери-черви научились избегать патогенного P. aeruginosa, их потомство также узнало, что нужно избегать бактерий. Естественная привлекательность потомства для Pseudomonas была переопределена, хотя они никогда ранее не сталкивались с патогеном. Примечательно, что это унаследованное отвращение к поведению продолжалось в течение четырех поколений, но в пятом поколении черви снова привлекли Pseudomonas. Еще одним сюрпризом, исследователи заметили, что наследование научного избегания не было универсальным для всех патогенных бактерий; хотя материнские черви могли бы научиться избегать патогенной бактерии Serratia marcescens, которая менее распространена, чем Pseudomonas в C. В среде elegans это отвращение не передалось потомству. Заинтригованные, исследователи намеревались изучить, что контролирует передачу поведения избегания P. aeruginosa через поколения.

Авторы показали, что C. матери elegans должны на самом деле заболеть от употребления P. aeruginosa, чтобы передать избегание будущим поколениям; воздействие запахов, испускаемых патогеном, не было достаточным, чтобы спровоцировать избегание. Тем не менее, нейрональные сенсорные пути важны для унаследованного избегания, потому что поведение избегания у обеих матерей и их потомства было связано с усиленной экспрессией нескольких нейронально связанных генов. Среди них повышенная экспрессия TGF-? лиганд daf -7 у матерей был необходим для того, чтобы потомство унаследовало отвращение к патогену. Мур и ее коллеги обнаружили, что экспрессия daf-7 в определенном типе сенсорных нейронов, нейронов ASI, сильно коррелирует с наследственным поведением избегания.

«Процесс наследования этого научного избегания [also] требует активности малых РНК, называемых пиРНК», – сказал Мерфи. piRNAs были вовлечены в другие трансгенерационные пути эпигенетического наследования в C. Элеганс где, как полагают, они подавляют экспрессию генов и косвенно регулируют упаковку ДНК. Исследователи обнаружили, что пиРНК-ассоциированный белок PRG-1 пока не нужен для C. Матери elegans чтобы научиться избегать P. aeruginosa, требовались для увеличения экспрессии daf-7 у потомства и для их наследуемого поведения избегания. Работают ли piRNAs и PRG-1 в первую очередь у матери, потомства или у обоих, чтобы способствовать наследованию поведения избегания

Важно, что экспрессия daf-7 остается повышенной в нейронах ASI потомства в течение четырех поколений, а затем возвращается к базальным уровням в пятом поколении, то есть когда наследственное поведение избегания также исчезает. Как указывает Мерфи, хотя наследование поведения избегания обеспечивает преимущество выживания, также необходимо, чтобы это поведение избегания в конечном итоге исчезло. Это потому, что P. aeruginosa является патогенным только при высоких температурах; при более низких температурах становится все более безопасным, как и другие виды Pseudomonas. Если патогенная угроза носит временный характер, возможное прекращение унаследованного избегания позволяет будущим поколениям вернуться к употреблению питательных Pseudomonas.

Источник:

Принстонский университет

Журнал:

Мур Р.С. и др. . (2019) Piwi / PRG-1 Argonaute и TGF-β опосредуют трансгенеративно усвоенное патогенное избегание. Cell . doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.024.

      

Source link