Эпигенетика жизни на высоте 12 000 футов
Примерно 2% населения мира постоянно живут на высотах более 2500 метров, где мало кислорода, высоко УФ-излучение и низкие температуры. Коренные народы Анд, Тибета, Монголии и Эфиопии демонстрируют адаптации, позволяющие выживать в таких условиях. Хотя генетический компонент этих адаптаций очевиден, воздействие высокогорья в раннем развитии также играет роль, но его механизмы плохо изучены.
В новом исследовании, опубликованном в Genome Biology and Evolution, Айнаш Чилдебаева и её коллеги изучили этот вопрос на примере перуанских кечуа, живущих в высокогорных Андах. Их работа показывает, что такие механизмы, как метилирование ДНК, могут быть вовлечены в адаптацию к высокогорью.
Адаптивная пластичность развития
Адаптации могут быть не только генетическими. В случае адаптивной пластичности развития определённый генетический фон служит лишь предпосылкой, а для проявления признака необходимо воздействие среды в раннем развитии. Например, андские горцы, всю жизнь прожившие на высоте, имеют больший объём лёгких, чем люди андского происхождения, рождённые и выросшие на уровне моря.
Роль эпигенетики
Чтобы раскрыть биологические механизмы взаимодействия среды, развития и генетики, авторы сосредоточились на эпигенетике. Метилирование ДНК — это эпигенетическая модификация, при которой метильная группа добавляется к нуклеотидам цитозина, что подавляет транскрипцию связанных генов. Паттерны метилирования устанавливаются пренатально и в ранний постнатальный период, создавая «окно», когда воздействие среды может повлиять на фенотип.
Дизайн исследования с участием кечуа
Кечуа живут на Андском нагорье на средней высоте 12 000 футов (более 3600 м) уже 11 000 лет. Исследователи сравнили паттерны метилирования ДНК у трёх групп:
- Высокогорные кечуа — постоянные жители высокогорья.
- Кечуа-мигранты — рождённые в горах, но переехавшие на низкие высоты.
- Низкогорные кечуа — постоянные жители низких высот, но с предками-горцами.
Сравнение позволило разделить эффекты раннего воздействия высоты и генетики.
Ключевые результаты
- Были выявлены специфические позиции и регионы ДНК, метилирование которых связано с постоянным или ранним воздействием высоты.
- Некоторые из этих регионов связаны с генами, ранее ассоциированными с адаптацией к высоте: участвующими в производстве эритроцитов, метаболизме глюкозы и развитии скелетных мышц.
- Часть этих генов также фигурирует в исследованиях генетической адаптации у тибетцев и монголов, что указывает на действие и генетических, и эпигенетических механизмов на сходные пути у разных высокогорных популяций.
Влияние на здоровье и старение
- Два метилированных региона, связанных с высотой, перекрывались с генами, связанными с идиопатическим лёгочным фиброзом (заболеванием, ассоциированным с гипоксией). Это предполагает разную восприимчивость к этой болезни у жителей высокогорий.
- Оценка «эпигенетического возраста» показала, что у людей с постоянным воздействием высокогорья наблюдается его ускорение по сравнению с жителями низкогорий. Это, вероятно, отражает нагрузку, которую гипоксия создаёт для клеточных механизмов.
Перспективы
Исследование стало возможным благодаря сотрудничеству с Высокогорной лабораторией Серро-де-Паско в Перу, где адаптацию изучают уже почти 100 лет. Авторы надеются в будущем расширить эту работу, изучив адаптацию у высокогорных популяций Центральной Азии.