Auswirkungen auf die Nachkommen, die für die epigenetische Vererbung über Sperma

Als ein Organismus, der wächst und reagiert auf seine Umwelt, die Gene in die Zellen ständig ein-und ausschalten, mit verschiedenen mustern der gen-expression in verschiedenen Zellen. Aber können Veränderungen der expression der gene werden weitergegeben von Eltern an Ihre Kinder und nachfolgende Generationen? Obwohl die indirekten Beweise für dieses Phänomen, die sogenannte „transgenerationale epigenetische Vererbung“ ist gewachsen, es bleibt umstritten, weil die Mechanismen dahinter sind so geheimnisvoll.

Jetzt Forscher an der UC Santa Cruz haben gezeigt, dass epigenetische Informationen erfolgen durch die elterliche Spermien Chromosomen können zu änderungen in der Genexpression und Entwicklung des Nachwuchses. Ihre Studie, veröffentlicht 20. März in „Nature Communications“, beinhaltete eine Reihe von cleveren Experimente mit der nematode Caenorhabditis elegans.

Epigenetische Veränderungen verändern nicht die DNA-Sequenzen von Genen, sondern beinhalten Chemische Veränderungen entweder an der DNA selbst oder an den Histon-Proteinen mit der DNA ist verpackt in Chromosomen. Diese änderungen oder „Marken“ Veränderung der gen-expression, drehen Gene an-oder ausschalten.

In Ihren Experimenten mit C. elegans –Forscher Susan Strome Labor an der UC Santa Cruz haben sich auf die Histon-Markierungen, änderungen an bestimmten Aminosäuren in den tails von Histon-Proteinen. Strome, professor für molekular -, Zell-und Entwicklungsbiologie, sagte, die neue Studie befasste sich mit einer zentralen Frage in das Feld der Epigenetik.

„Es ist eine sehr direkte Frage: Hat Erben Spermien Chromosomen mit veränderten Histon-Verpackung der DNA beeinflussen die gen-expression bei den Nachkommen? Und die Antwort ist ja“, sagte Sie.

Der erste Autor Kiyomi Kaneshiro, ein Doktorand in Strome Labor, der die Studie leitete, sagte C. elegans ist ein gutes Modell für die Untersuchung dieser Frage, weil Histon-Verpackung ist vollständig erhalten in der Wurm Spermien Chromosomen. In Menschen und anderen Säugetieren, Histon-Verpackung ist nur teilweise beibehalten, in den Spermien.

„Es gibt Debatte darüber, wie viel Histon-Verpackung bleibt im Menschen, aber wir wissen, es wird beibehalten, in einigen entwicklungspsychologisch wichtigen Regionen des Genoms,“ Kaneshiro sagte.

Die Forscher konzentrierten sich auf die epigenetische Vererbung in der väterlichen Linie, weil die Spermien trägt wenig mehr als die Chromosomen der Embryos. Das ei enthält viele andere Komponenten, die Einfluss auf die Entwicklung des Embryos, die es härter, um herauszufinden, welche epigenetischen Effekte der mütterlichen Linie.

In Ihren versuchen, Kaneshiro selektiv entfernt, eine spezifische Histon-Markierung von Spermien, Chromosomen, dann die befruchteten Eier mit dem veränderten Spermien und untersucht die daraus entstandenen Nachkommen. Eine entscheidende innovation war der Einsatz von Spermien und Eizellen von zwei verschiedenen Stämmen von C. elegans, die aktiviert Kaneshiro zu unterscheiden zwischen den Chromosomen geerbt von den Spermien und diejenigen, geerbt vom ei. Sie wählte Wurm-Stämme aus Großbritannien und Hawaii, hatte sich getrennt, lange genug, um zu sammeln sich viele kleine genetische Unterschiede (sogenannte single nucleotide polymorphisms).

„Die Väter waren britische und die Mütter waren Hawaii, und es gibt genug Unterschiede zwischen Ihnen, die wir könnten unterscheiden zwischen den beiden Eltern-genomen in den Zellen Ihrer Nachkommen,“ Kaneshiro sagte. „Durch dieses hybrid-system, wir waren in der Lage, um zu sehen, Unterschiede in der Genexpression, die waren eine direkte Folge der Veränderungen in der Histon-Markierungen an den Spermien Chromosomen.“

Darüber hinaus werden diese änderungen in der Genexpression hatte die Entwicklungs-Folgen. Mit der Entfernung von der Histon-Markierungen, die Spermien Chromosomen verloren, die repressive signal, dass normalerweise hält bestimmte Gene, die nicht aktiv in die Nachkommen Keimbahn (Zellen, die Anlass geben, um Eier und Spermien). Kaneshiro ist zu beobachten, dass die Nachkommen die Keimbahn-Zellen aktiviert neuronale Gene und begann mit der Entwicklung in Neuronen.

Die bestimmten Histon-Marke entfernt, die in diesen Experimenten ist ein weitgehend untersucht die epigenetische Markierung gefunden in Tiere, angefangen von Würmern, Fruchtfliegen auf den Menschen. „Diese Marke ist auf der histone, die erhalten bleiben die Spermien Chromosomen beim Menschen“ Kaneshiro sagte.

Die neuen Ergebnisse zeigen, dass die vererbten epigenetischen Markierungen beeinflussen die Genexpression und Entwicklung. Aber die Studie umfasste künstlich ändern, die Marken auf die Spermien Chromosomen. Was bleibt zu verstehen, wie Umwelteinflüsse auf einen Erwachsenen Organismus verändern könnten epigenetische Markierungen in seine Keimbahn-Zellen, wodurch es möglich für diejenigen, die Umweltauswirkungen übertragen werden an die nachfolgenden Generationen.

„Unsere Ergebnisse werfen die Möglichkeit, dass Histon-Markierungen sind Träger für transgenerationale epigenetische Vererbung,“ Kaneshiro sagte. „Wir wissen, dass die Umwelt eines Organismus, Erfahrungen ändern können genexpressionsmuster in somatischen Zellen [nicht-Keimbahn-Zellen im Körper]. Wenn es Veränderungen der gen-Expressionsmuster in der Keimbahn, wir erwarten, dass diese Veränderungen vererbt werden können, aber wir haben nicht gezeigt, dass noch.“

Neben Kaneshiro und Strome, die Mitverfasser der Studie sind Andreas Rechtsteiner, a bioinformaticist in Strome Labor. Diese Arbeit wurde unterstützt von den National Institutes of Health.