Стресс заставляет червей использовать эпигенетическое наследование для получения более привлекательного потомства
Половое размножение позволяет организмам смешивать гены и развивать новые адаптации для выживания в суровой и изменчивой среде. В условиях, богатых питательными веществами, червь C. elegans обычно размножается бесполым путем. Однако после перенесения стресса в течение нескольких поколений черви начинают размножаться половым путем и выделять феромоны, чтобы казаться более сексуально привлекательными для самцов. В журнале Developmental Cell от 7 февраля исследователи определили, как передается эта привлекательность, и обнаружили, что это происходит не через изменение ДНК червя, а через передачу малых РНК.
«Более десяти лет мы изучали очень спорный вопрос: могут ли реакции родителей на экологические проблемы передаваться из поколения в поколение?» — говорит ведущий автор исследования Одед Рехави, профессор, изучающий наследование РНК-памяти в Тель-Авивском университете. — «Мы знаем, что это не может происходить через изменения в последовательности ДНК, но, как ни удивительно, наша работа и работы многих других показывают, что это может происходить, по крайней мере, у простых организмов (в частности, у нематод C. elegans), через наследование малых молекул РНК».
Малые РНК могут влиять на экспрессию генов организма через явление, известное как сайленсинг генов. «В отличие от ДНК, малые РНК синтезируются в ответ на определенные условия окружающей среды, что приводит к изменениям в экспрессии генов, которые сохраняются в поколениях у потомства, не подвергавшегося стрессовой среде», — говорит соавтор Яэль Мор, доктор медицины и аспирант лаборатории Рехави.
Исследователи смоделировали умеренно стрессовые условия в лаборатории, выращивая червей при 25°C, что для червей тепло, но находится в стандартном диапазоне температур для лабораторных культур. Обычно гермафродитные черви начинают выделять привлекающие самцов феромоны только в конце своего жизненного цикла, когда перестают производить сперму. Однако эти стрессовые условия заставили червей стать преждевременно привлекательными для самцов.
«Еще один захватывающий аспект нашего исследования заключается в том, что сперма и малые РНК спермы могут служить сенсором стресса (или реостатом)», — говорит Рехави. Его команда обнаружила, что повышенные температуры вызывают дефекты в сперме червя, и именно это запускает увеличение сексуальной привлекательности при стрессе окружающей среды.
Чтобы определить путь, с помощью которого черви регулируют сексуальную привлекательность, исследователи изучили червей с отключенными различными видами малых РНК и проверили, являются ли они более привлекательными, чем обычные черви. «Мы разработали уникальную систему, которая позволяет нам устранить белок Argonaute HRDE-1, связывающий наследуемые малые РНК», — говорит соавтор Итамар Лев, бывший аспирант лаборатории Рехави, а ныне постдок в Венском университете. — «Мы обнаружили, что удаление HRDE-1 у потомков (истощение наследуемых малых РНК) устраняет наследование привлекательности».
«Один результат, который сначала нас удивил, заключался в том, что гермафродиты не начинают выделять привлекающий самцов феромон сразу при выращивании при более высоких температурах: они ждут около 10 поколений (4 недели), прежде чем повысить свою привлекательность», — говорит соавтор Итаи Токер, бывший аспирант лаборатории Рехави, а ныне постдокторант Колумбийского университета. — «Оглядываясь назад, это имеет большой смысл — сохраняющийся опыт предыдущих поколений может дать организмам относительно надежный "прогноз", что эта среда может сохраняться дольше».
C. elegans обладает уникальной стратегией двойного режима размножения, но команда Рехави надеется определить, происходят ли аналогичные наследуемые эффекты у других организмов. «Эта работа связывает краткосрочное эпигенетическое наследование с долгосрочными, жестко запрограммированными генетическими изменениями и, следовательно, с процессом эволюции», — говорит Яэль Мор.