Установлена причина эпигенетической памяти в клетках

Новое исследование учёных из John Innes Centre (JIC) помогло разрешить важный спор в области эпигенетического наследования.

Используя цветковое растение Arabidopsis thaliana в качестве модели, профессора Мартин Ховард и Каролин Дин с коллегами изучали, как организмы «помнят» прошлые события на клеточном уровне.

Ранее было показано, что экспрессия гена FLC — «тормоза», не дающего растениям зацвести до зимы, — подавляется при холодовом воздействии. Уровень этого подавления эпигенетически «запоминается» после зимы, чтобы цветение началось в нужное время. Во многих организмах ДНК упакована вокруг гистоновых белков в структуру под названием хроматин. Интересно, что уровень подавления FLC коррелирует с уровнем химических модификаций гистонов в локусе этого гена, которые добавляются белковым комплексом Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2).

Однако оставался открытым вопрос: являются ли эти модификации гистонов (или другие локальные особенности хроматина) причиной эпигенетической памяти или лишь её следствием, в то время как сама память хранится где-то ещё? Новое исследование, опубликованное в журнале eLife, предоставляет убедительные доказательства, разрешающие этот давний спор.

Ключевой эксперимент

Профессор Мартин Ховард поясняет: «Мы создали растительные клетки с двумя различимыми копиями гена FLC. Когда экспрессируется одна копия, она производит красный флуоресцентный белок, а когда другая — жёлтый. Если бы эпигенетическая память наследовалась через действие свободно диффундирующих в клетке белков, то эти белки влияли бы на обе копии FLC одинаково. В результате либо обе копии были бы активны (клетки светились бы и красным, и жёлтым), либо обе подавлены (клетки не светились бы вообще)».

Однако в экспериментах, проведённых аспирантом Скоттом Берри, также наблюдались клетки, светящиеся только красным или только жёлтым. Более того, эта модель экспрессии эпигенетически наследовалась в течение многих клеточных делений.

Вывод

Профессор Ховард заявил: «Тот факт, что две копии FLC в одной и той же клетке могут иметь разные наследуемые состояния экспрессии, показывает, что именно локальный хроматин должен содержать эпигенетическую информацию, передаваемую от родительской клетки к дочерним».

Хотя для демонстрации этих результатов использовалось цветковое растение, эпигенетическая память с участием комплекса Polycomb встречается и у многих других организмов. В частности, нарушение регуляции Polycomb связано с развитием человеческих раковых заболеваний, поэтому полученные выводы могут иметь широкое значение.