Эпигенетика превратила ленивых мух в тружеников
Ina Anreiter et al / PNAS, 2017
Метилирование в регуляторном участке единственного гена изменило поведение мух и заставило их более интенсивно искать еду, показали биологи из университета Торонто (Канада). Исследование подчеркивает важность эпигенетических меток в регулировании поведения. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Во всех клетках многоклеточных организмов последовательность ДНК одинакова, однако в разных органах и тканях гены экспрессируются по-разному. Активность генов чаще всего регулируется при помощи эпигенетических меток — химических модификаций либо самой ДНК, либо белков, с которыми она связана (гистонов). Одна из основных модификаций — это метилирование гистонов, которое осуществляется специальными ферментами — метилтрансферазами.
Эпигенетические метки появляются в клетке не только в процессе протекания «плановых» биохимических процессов, но и в результате адаптации к изменившимся условиям среды. В таком случае метки могут даже наследоваться в течение нескольких поколений, поддерживая адаптированный фенотип (о том, как это происходит, мы писали, например здесь, здесь и здесь).
В новой работе канадские исследователи показали вклад эпигенетического регулирования в поведение мух. Оказалось, что разные аллели гена for приводят к различию в активности дрозофил благодаря различному уровню метилирования одной из его регуляторных последовательностей.
Среди существующих мутантных линий дрозофил, которые были получены генетиками за время работы с ними, есть две линии, отличающиеся активностью пищевого поведения. Мухи-«собиратели» (rovers) в тесте на поисковое поведение много передвигаются и находят существенно больше сахарных капель на экспериментальной площадке, чем «оседлые» мухи (sitters), которые мало двигаются и находят мало еды (описание теста приведено на рисунке ниже).
Тест на пищевое поведение для дрозофил представляет поле, на которое капают сахарную воду и выпускают муху. Активность выражается в количестве найденных мухой капель за определенное время (5 или 10 минут). График справа отражает разницу в поисковой активности "собирателей" (rovers) и "ленивых" мух (sitters)
Ina Anreiter et al / PNAS, 2017
Известно, что «собиратели» и «оседлые» отличаются разными аллелями гена for (от foraging, то есть собирательство или поиск пищи), однако как именно генотип определяет разницу в поведении, было неясно. Ученые обнаружили, что у «собирателей» экспрессия гена for ниже, чем у «оседлых», и, по-видимому, это снижение обусловлено повышением уровня метилирования гистонов в одном из регуляторных участков (промоторов) гена.
Когда активность гена for искусственно подавили у «оседлых» мух, они стали более активными. К такому же результату привело выключение гена G9a, который кодирует метилтрансферазу. Отсутствие фермента у «оседлых» мух привело к тому, что метилирование в промоторе гена for увеличилось, а его экспрессия снизилась. При этом у мух-«собирателей» уровень метилирования промотора наоборот снизился. Авторы работы обнаружили полиморфизм в регуляторном участке гена for, который, по-видимому, и определяет разный уровень привлечения метилтрансферазы к этому месту у подвижных мух и у ленивых.
График слева отражает разницу в экспрессии гена for у мух с разной активностью, а график справа - разницу в уровне метилирования гистонов в регуляторном участке (pr4) этого гена. Выключение метилтрансферазы (G9a null) приводит к устранению разницы между мухами как на биохимическом уровне, так и на уровне фенотипа.
Ina Anreiter et al / PNAS, 2017
Механизм влияния продукта гена for на поведение в данной работе остался за кадром — известно только, что этот ген кодирует фермент, модифицирующий другие белки, и что его экспрессия наблюдается в мозге и в яичниках мух. Однако регуляция поведения путем метилирования единственного промотора сама по себе представляет интересный пример вклада эпигенетики в фенотип.
Эпигенетическое регулирование генов влияет на поведение даже у людей — например, исследователи установили связь между бедностью, метилированием ДНК и депрессией у подростков.
Дарья Спасская
