Нематоды запомнили патогенных бактерий на четыре поколения

Эпигенетическая память позволила круглым червям Caenorhabditis elegans запомнить вред от бактерии Pseudomonas aeruginosa настолько хорошо, что их потомки продолжали обходить их стороной на протяжении четырех поколений. Результаты статьи в Cell продемонстрировали, что это обусловлено активностью некодирующих piРНК и взаимодействующих с ними белков в нейронах червя.

Несмотря на консервативность самой последовательности ДНК, организмы умеют быстро изменять эпигенетические настройки генома, чтобы оперативно подстраиваться под внешние события. Эти настройки могут сохраняться на протяжении разного времени, а в некоторых случаях — даже передаваться по наследству. Например, стресс или диета влияют на внешний вид и предрасположенность потомства к болезням. За последние несколько лет в научной литературе накопилось довольно много таких примеров, однако возможность передачи сложных поведенческих паттернов, связанных с памятью и обучением изучена очень плохо. Новые результаты группы исследователей из Принстона говорят о том, что такое возможно: на примере нематод они разобрали механизм возникновения и наследования такого паттерна.

В природе черви C. elegans часто живут в соседстве с бактериями, некоторые из которых могут служить пищей, а другие, например синегнойные палочки P. aeruginosa, — патогенами. Известно, что если расположить этих бактерий и червей вместе, то поначалу P. aeruginosa привлекают нематод, но затем, в течение нескольких часов, учатся их избегать.

Чтобы понять, как устроен механизм запоминания, Ребекка Мур (Rebecca Moore) и ее коллеги сравнили транскрипционные профили нематод родителей и их потомков, которые взаимодействовали с синегнойной палочкой или с бактерией E. coli (контрольное условие). Основные различия обнаружились в нейронах; в частности, у червей знакомых с P. aeruginosa, и их «злопамятного» потомства оказалась повышена активность daf-7 — лиганда белка TGF-β в нейронах, которые отвечают за избегание патогенных бактерий. Оказалось, что блокировка этого гена у потомства нематод «стирает» их память и синегнойные палочки снова становятся для них привлекательными.

Управление активностью генов, как выяснили ученые, происходит во многом при помощи модификаций гистонов, — белковых комплексов, на которые намотана ДНК. В зависимости от них меняется плотность упаковки ДНК и, соответственно, ее доступность для белков, участвующих в синтезе РНК. В свою очередь, своим появлением гистоновые модификации могут быть обязаны взаимодействию белков аргонавтов и некодирующих piРНК. Именно этот способ регуляции активности генов оказался критичен для формирования эпигенетической памяти нематод: выключение генов этого пути лишало животных способности передавать память о вредных бактериях потомству.

Исследователи, таким образом, подтвердили, что черви способны передавать такую «память» своим детям так, что интерес к этим патогенам появляется вновь только в пятом поколении. При этом нематоды не запоминали других, менее опасных бактерий.

В том же номере Cell опубликована и другая статья по схожей теме. В ней Рейчел Познер (Rachel Posner) и ее коллеги также показали, что изменения предпочтений в хемотаксисе могут передаваться через несколько поколений и регулироваться при помощи малых РНК. Они продемонстрировали, что изменение активности регуляторного гена RDE4 в нейронах вызывает ответ в клетках гонад нематоды: там увеличивается количество ряда малых РНК и пропорционально снижается активность регулируемых ими генов. Среди последних оказался ген saeg2, играющий важную роль в стрессовом хемотаксисе этих животных. Эти изменения наследовались в течение трех поколений: нейронная активность RDE4 у предковых нематод влияла на хемотаксис их правнуков.

Интересный механизм, лежащий в основе поведения нематод открыли недавно другая группа исследователей. Обычно черви не прочь полакомиться личинками других нематод, но свое потомство не трогают. Оказалось, что они распознают своих благодаря сигнальному белку, расположенному на кутикуле червей.

Вера Мухина