Новый механизм «выключения» генов может пролить свет на проблемы ЭКО и клонирования
Исследователи обнаружили альтернативный путь подавления экспрессии генов, участвующий в процессе регуляции эмбрионального развития
О существовании импринтинговых генов, экспрессия которых зависит от пола родителя, дающего аллели, было известно более 25 лет назад. Импринтинг генов – очень древний с эволюционной точки зрения процесс, встречающийся как у растений, так и у животных (включая человека). Импринтинг объясняет, например, почему у льва и тигра может получится два варианта потомства – лигр и тигон. У человека примером импринтингового гена является ген инсулиноподобного фактора роста, экспрессирующийся только с отцовского аллеля, тогда как аллель, унаследованный от матери, подвергается сайленсингу. Когда в результате мутаций импринтинговые гены не сайленсируются и транскрипция происходит с двух аллелей одновременно, возникают различные пороки развития, неврологические заболевания и опухоли.
Ранее считалось, что единственным способом регуляции импринтинга является метилирование ДНК в промоторных участках, ведущее к блокированию транскрипции. Ученые из медицинского института Говарда Хьюгеса обнаружили новый путь «выключения» импринтинговых генов. Выяснилось, что модификация гистона H3K27, а именно триметилирование лизина в 27 положении также вызывает сайленсинг импринтинговых генов. Используя метод определения чувствительности к ДНКазе (liDNase-seq), исследователи наблюдали за участками открытого хроматина, содержащими основные регуляторные элементы транскрипции (энхансеры, промоторы), и подвергающиеся метилированию. Метилирование гистонов регистрировалось иммунопреципитацией хроматина в сочетании с высокопроизводительным секвенированием (ChIP–seq). В результате было выявлено 76 потенциально импринтинговых генов, не подвергающихся ДНК-метилированию, однако тесно связанных с гистоном H3K27. Было показано, что экспрессия этих генов происходит только с отцовского аллеля. Более того, гены, импринтинг которых обусловлен метилированием по гистону H3K27, оставались связанными с ним на стадии бластоцисты, тогда как импринтинговые гены, сайленсируемые по классическому пути метилирования регуляторных элементов, с гистонами связаны не были. Этот факт подтверждает обнаружение независимого, альтернативного пути регуляции работы импринтинговых генов.
Открытие нового пути сайленсинга генов, возможно, поспособствует более глубокому пониманию механизмов возникновения заболеваний, связанных с нарушениями в работе импринтинговых генов, таких как синдром Беквида-Видеман и синдром Ангельмана. По статистике у младенцев, зачатых с использованием вспомогательных репродуктивных технологий, эти заболевания встречаются чаще. Причина может быть как в технологии искусственного оплодотворения, не учитывающей всех механизмов наследования и эпигенентического контроля импринтинговых генов, так и в самом бесплодии, являющимся поводом к проведению ЭКО.
Кроме того, ученые полагают, что ошибками в импринтинге можно также объяснить многие сложности, возникающие при попытке клонировать млекопитающих. Известно, что эпигенетические маркеры, опосредующие импринтинг, разрушаются у предшественников стволовых клеток, а затем реорганизуются в мужских и женских гаметах. Последние исследования показали, что ошибки, происходящие в процессе разрушения и реорганизации эпигенетических маркеров, ведут к аномалиям развития у клонированных эмбрионов.