Геноцид в геноме

В начале июля были опубликованы результаты исследования чешских нейрофизиологов, изучавших, как пребывание в нацистском концлагере в детском возрасте повлияло на структуру мозга тех, кто дожил до нашего времени. Им удалось установить, что у бывших узников объем серого вещества в некоторых отделах мозга меньше, чем у людей из контрольной группы. Авторы исследования также заинтересовались тем, какое психологическое воздействие сильнейший стресс, перенесенный человеком в детстве, мог оказать на их собственных детей и внуков. Между тем длительное пребывание на грани жизни и смерти воздействует не только на нейрофизиологию и дает не только психологические последствия. Подробнее об этом — в нашем материале.

Эхо голодной зимы

В сентябре 1944 года союзники готовили военную операцию «Маркет Гарден» для освобождения Нидерландов от немецкой оккупации. В преддверии голландской операции подавляющее большинство служащих железной дороги объявило забастовку, что должно было нарушить поставки боеприпасов для немецкой армии.

Однако операция провалилась, а в наказание за забастовку оккупанты наложили на Нидерланды продовольственное эмбарго, которое привело к массовому голоду и смерти около 18 тысяч человек.

Сразу по окончании войны (в мае 1945 года) нормальные поставки продовольствия были возобновлены. Дети, рожденные во время и в течение короткого времени после «голландской голодной зимы» много лет спустя стали объектом пристального внимания ученых, исследующих долгосрочные последствия пережитого стресса.

В когортное исследование были суммарно включены 2414 мужчин и женщин, рожденных в период с конца 1943 по начало 1947 года. Как показали обследования десятки лет спустя, в этой группе значимо оказался повышен риск сердечно-сосудистых заболеваний, диабета второго типа, рака груди, а также шизофрении.

Впрочем, вряд ли кого-то удивит тот факт, что стрессовое воздействие на женщину во время беременности может отразиться на здоровье ее будущего ребенка — не зря врачи рекомендуют будущим матерям отказаться от употребления алкоголя и курения и поменьше нервничать.

Интересней, что дети исследуемых голландцев также оказались затронуты последствиями голодной зимы. У них был обнаружен больший индекс массы тела по сравнению с контрольной группой (любопытно, что этот эффект касался только детей участников-мужчин, но не женщин).

Как показало исследование 2008 года, у голландцев из когортного исследования 60 лет спустя после того, как они пережили голод, находясь в утробе матери, оказался понижен уровень метилирования участка гена инсулин-подобного фактора роста IGF2.

Фактически это означает, что стресс, пережитый родителями, вызвал изменения в ДНК их детей на уровне эпигенетической регуляции. Возможно, именно по этому механизму эхо голодной зимы отозвалось и в их внуках.

Эпигенетика травмы

Эпигенетическая регуляция подразумевает изменение экспрессии генов путем обратимой химической модификации азотистых оснований в составе ДНК либо белков-гистонов, связанных с ДНК. Основная модификация ДНК — это присоединение метильного остатка -CH3 к цитозину, чаще всего в составе специальных «островков», богатых парами цитозин-гуанин. Такие островки встречаются в регуляторных участках генов.

Как правило, повышение уровня метилирования приводит к снижению экспрессии гена, и наоборот. Эпигенетические метки обратимы, но нередко связаны с долговременным изменением экспрессии генов, что происходит, к примеру, при эмбриональном развитии и злокачественной трансформации клеток. Наряду с белковыми регуляторами, они определяют, какие гены в конкретной ткани должны «молчать», а какие работать.

Ракель Еуда (Rachel Yehuda) с факультета психиатрии медицинской школы Маунт Синай в Нью-Йорке много лет изучает выживших жертв Холокоста — массового уничтожения евреев гитлеровцами на оккупированных территориях. Кроме того, ее исследовательская группа изучает их детей, родившихся уже после упомянутых событий.

Многие из этих людей, прошедших через преследования и пытки, страдают посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР). Как утверждают американские исследователи, у детей жертв Холокоста тоже нередко наблюдаются симптомы, характерные для ПТСР, и тревожные расстройства.

У детей мужчин, побывавших в нацистских концентрационных лагерях, также был детектирован повышенный уровень кортизола в крови (по сравнению с детьми евреев, не затронутых Холокостом) и снижена чувствительность к глюкокортикоидным гормонам — симптом, наблюдаемый, в частности, при большом депрессивном расстройстве.

Гипотезы, объясняющие передачу физиологических эффектов через поколение, включают в себя как роль социального обучения, так и молекулярные механизмы, влияющие на экспрессию генов.

Говоря о расстройствах психики, проще всего предположить, что люди, пережившие трагедию, рассказывают о ней и транслируют изменившееся восприятие мира своим детям, что приводит к нарушениям психики и у последних. Кроме того, травмированные подобным образом люди просто могут быть плохими родителями и подвергать детей насилию, как эмоциональному, так и физическому.

Тем не менее группа Еуды провела небольшое исследование, которое могло бы прояснить молекулярные механизмы наблюдаемых нейроэндокринных изменений и дать альтернативное объяснение «передачи травмы по наследству» с привлечением эпигенетики.

В работе 2015 года исследователи из Маунт Синай показали на небольшой выборке участников путем изучения анализов крови, что у как у жертв Холокоста, так и у их детей изменен статус метилирования участка в составе гена FKBP5.

Этот ген кодирует белок, взаимодействующий с глюкокортикоидным рецептором, способный изменять чувствительность тканей к кортикостероидным гормонам (в том числе, кортизолу — одному из основных стрессовых гормонов), которые помогают адаптироваться к стрессу и влияют на обмен веществ. Известно, что разные варианты этого гена ассоциированы с некоторыми психическими расстройствами, в том числе депрессией и ПТСР.

При этом у родителей и детей изменения были разнонаправленными — у родителей уровень метилирования участка был повышен, а у детей понижен. При этом низкий уровень метилирования коррелировал с высоким уровнем кортизола в крови.

Хотя в работе этого не было показано, авторы предположили, что гиперметилирование участка FKBP5 у матери привело к хроническому понижению уровня кортикостероидов в крови, в том числе во время последующей беременности, а это, в свою очередь, привело к компенсаторному снижению метилирования и повышению экспрессии FKBP5 у плода.

По результатам исследования в прессе появились заголовки типа «Вы можете унаследовать психологическую травму от ваших предков». Громкие выводы, в свою очередь, привлекли к работе внимание критиков, указавших на маленький размер выборки (около 20 человек в каждой группе), слабость установленных корреляций и ограниченность экспериментов.

Несмотря на довольно шаткие связи, прослеживаемые между пережитым ПТСР и эпигенетикой, выводы из обеих этих историй свидетельствуют: голод, война и тяжелые психологические травмы могут изменить работу ваших генов таким образом, что эти изменения коснутся ваших потомков (детей, и вероятно, внуков) спустя годы после произошедших событий.

Сперма и «код РНК»

Влияние неблагоприятных условий среды на эпигенетические метки, которые сохраняются в течение нескольких поколений, хорошо изучено для растений, нематод и других модельных организмов. Однако нас больше интересуют млекопитающие, и здесь у ученых накоплен немалый опыт в ходе экспериментов на грызунах.

В одной из работ мышей в раннем возрасте разлучали с матерью, в результате чего у них развивалось депрессивное поведение (такие мыши отличаются меньшей активностью и чаще «проваливают» различные поведенческие тесты, например тот, где их бросают в воду и заставляют плавать). Подобные симптомы наблюдались и у сыновей стрессированных самцов, и у их внуков.

Как показали авторы работы, депрессивное поведение было ассоциировано с изменением метилирования для ряда генов как в сперме мышей, так и в тканях мозга их потомков. В случае мышей подразумевается, что социальное обучение вносит меньший вклад в психическое здоровье потомства, чем у людей, хотя исключать этот фактор тоже нельзя.

Однако эксперимент, в ходе которого мышей обучили бояться определенного запаха, позволил полностью исключить фактор научения детей родителями. Брайан Диас (Brian Dias) и Керри Ресслер (Kerry Ressler) из Медицинской школы университета Эмори в Атланте (США) заставили мышей связать запах определенного вещества (ацетофенона) со слабыми ударами током, в результате чего запах сам по себе начал вызывать у них реакцию страха. Более того, реакция на запах сохранилась еще в течение двух поколений мышей.

Авторам работы в Nature Neuroscience удалось четко связать этот феномен с эпигенетическим наследованием. Ацетофенон активирует известный обонятельный рецептор, который кодируется геном Olfr151. У тренированных мышей выработанный рефлекс привел в итоге к снижению уровня метилирования в этом гене, которое сохранилось и у их потомства.

Как написали Диас и Ресслер в абстракте своей статьи, «наследование травмирующего опыта родителей потомством — феномен, который часто наблюдается, но не имеет объяснения». Действительно, механизмы передачи эпигенетических меток слабо изучены, хотя на грызунах изменение метилирования, сопровождающееся наследованием признака, наблюдали в случае самых разных воздействий — голода, жирной диеты, действия токсинов, психологического стресса.

В случае наследования признака первым поколением изменение физиологии плода можно объяснить измененной физиологией матери, как это попытались сделать авторы работы про метилирование у жертв Холокоста. Однако передача признака второму поколению (внукам) уже требует участия половых клеток.

Статус метилирования генов в яйцеклетке и сперматозоидах может быть изменен, так же как и во всех остальных клетках организма. Однако до сих пор считалось, что после оплодотворения метки по большей части стираются и навешиваются заново по мере эмбрионального развития.

Диасу и Ресслеру удалось четко продемонстрировать роль сперматозоидов в процессе эпигенетического наследования. Они показали, что искусственное оплодотворение спермой обученного самца необученных самок приводит к появлению «обученного» потомства. Таким образом, наследование признака происходило по отцовской линии (тот же эффект мы наблюдали в истории с потомками голодных голландцев).

В последние годы в области эпигенетики активно обсуждается роль нового игрока — небольших некодирующих молекул РНК, которые могут взаимодействовать как с ДНК, так и с другими РНК, и оказывать влияние на экспрессию генов. Это могут быть специфические микроРНК или даже «обрезки» больших РНК, имеющих другие функции (транспортных, например).

По всей видимости, со спермой переносится большое количество таких молекул, которые принимают участие в эпигенетическом регулировании. В одной из работ инъекция фракции РНК из спермы мышей, обладающих определенной окраской шерсти благодаря искусственно внесенной эпигенетической модификации, в уже оплодотворенную зиготу «диких» мышей привела к развитию у последних наследуемого окрашенного фенотипа.

В сперме содержится так много разнообразных молекул РНК, что некоторые исследователи вводят понятие «кода РНК», по изменению которого можно будет предсказывать эпигенетический эффект на потомство.

Достаточно большой массив данных, полученных на животных, позволяет предположить, что эпигенетическое наследование у людей, скорее всего, существует, однако достоверно отличить его вклад от социокультурного влияния будет очень сложно.

Однако на планете по-прежнему происходит достаточно военных конфликтов и катастроф, поставляющих материал для исследований. Например, новый проект исследователей из университета Цюриха сконцентрирован на пакистанских детях, потерявших родителей. Ученые собирают образцы крови и слюны для анализа ДНК детей, и надеются, что спустя много лет им удастся сделать то же самое уже для их детей.

Если признать, что у перенесенной трамвы могут быть долговременные последствия, сказывающиеся на нескольких поколениях, то возникает вопрос о том, можно ли с ними бороться и каким образом. Как замечают участники дискуссии в журнале Neuropsychopharmacology, только в США сегодня проживают почти 500 тысяч участников военных действий с признаками посттравматического стрессового расстройства.

Таким образом, эпигенетическое наследование потенциально создает проблемы для общественного здравоохранения и поднимает не только сугубо научные, но и этические вопросы.

Дарья Спасская