Epigenetyka – kolejny postęp w badaniach

Temat epigenetyki od lat znajduje się wysoko na liście zainteresowań naukowców. Stres środowiskowy może powodować zmiany w ekspresji genów, które mogą być przekazywane potomstwu. Regulacje epigenetyczne nie wpływają bezpośrednio na sekwencję DNA, lecz zmieniają schemat ekspresji genów m.in. poprzez zmiany upakowania materiału genetycznego w jądrze, czy też wpływając właściwości chemiczne jego otoczenia. Zespół z UoC opublikował wyniki badań, które rzucają światło na proces przekazywania pamięci epigenetycznej z komórki do komórki.

Tematem badania był dobrze znany nauce mechanizm metylacji histonu H3, cząsteczki odpowiedzialnej za upakowanie DNA w komórce. Metylacja aminokwasu lizyny 24 w histonie H3 (H3K27me3) jest sposobem na wyłączenie lub wygaszenie aktywności określonych genów. Mechanizm jest wspólny dla wszystkich wielokomórkowych organizmów, w tym dla ludzi. Przedmiotem dyskusji była kwestia, w jaki sposób metylacja jest przekazywana w czasie podziału komórki i na kolejne jej pokolenia.

Jako model badawczy wykorzystano standardowy organizm w tego typu badaniach – nicienia C. elegans. Stworzono linię zmutowanych robaków z wyłączonym enzymem odpowiedzialnym za metylację (PRC2), a następnie krzyżowano ją z linią bez mutacji. Dzięki zastosowaniu fluorescencyjnych znaczników można było śledzić losy określonych chromosomów, od powstania komórek rozrodczych do podziałów w embrionie. Embriony potomstwa linii z wprowadzoną mutacją i standardowej posiadały 6 chromosomów bez metylacji i 6 z metylacją (wyznakowane).

Dwa przedjądrza w komórce embrionalnej (po lewej), jądro w komórce embrionalnej diploidalnej (po prawej). Na zielono wyznakowane H3K27me3. (Gaydos i inni, 2014)

Pierwsze podejście polegało na zapłodnieniu komórki jajowej z mutacją PRC2 ze „zdrową” spermą. W czasie rozwoju embrionu komórka replikuje swoje chromosomy i dzieli się. W tracie badania udało się zaobserwować, że bez enzymu podtrzymującego metylację wyznakowane chromosomy z podziału na podział traciły swój stopień metylacji.

Kolejny eksperyment polegał na zapłodnieniu normalnego jaja spermą przenoszącą mutację. Sam enzym metylacji obecny jest jedynie w komórkach jajowych. Wykazano, że gdy jest on obecny potomne komórki zachowują metylację na chromosomach niezależnie od liczby pokoleń.

Tym samym udało się jednoznacznie wykazać, że epigenetyczna pamięć o metylacji Lys27 histonu H3 może być przekazywana zarówno po linii męskiej jak i żeńskiej, natomiast enzym PCR2 jest niezbędny do jej odnawiania i trwania.

Istnieje wiele podobnych epigenetycznych markerów i konieczne jest dokładne opisanie każdego z nich. Sam enzym PCR2 odpowiedzialny jest między innymi za inaktywację chromosomu X (o tym zjawisku można przeczytać w artykule: Znany i nieznany chromosom X). Zaburzenia w jego funkcjonowaniu są obserwowane w nowotworach i wiążą się z cięższym i bardziej agresywnym ich przebiegiem.

Seweryn Frasiński

źródła:

ucsc.edu

Gaydos L.J., Wang W., Strome S. 2014 H3K27me and PRC2 transmit a memory of repression across generations and during development DOI:10.1126/science.1255023