Ο Απίθανος Τρόπος Μεταφοράς Μακροχρόνιας Ζωής από Γονείς σε Απογόνους
Νέα έρευνα δείχνει ότι οι γυμνοσάλιαγκες μπορούν να μεταφέρουν χαρακτηριστικά που επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής τους σε επόμενες γενιές μέσω της επεγενετικής κληρονομικότητας που βασίζεται σε ιστόνες, αναμορφώνοντας την κατανόησή μας για το πώς μεταφέρεται μη γενετική πληροφορία.
Στο εργαστήριο Wang, δεν είναι ασυνήθιστο για τους γυμνοσάλιαγκες να ζουν πολύ. Ο ανώτερος υπεύθυνος ομάδας στο HHMI Janelia Research Campus, Meng Wang, και η ομάδα της μελετούν τη μακροχρόνια ζωή. Έχουν δείξει ότι με την υπερέκφραση ενός ενζύμου στα λυσοσώματα του γυμνοσαλιάγκου C. elegans, μπορούν να επεκτείνουν τη ζωή του γυμνοσαλιάγκου κατά 60%.
Αλλά, εκπληκτικά, η ομάδα διαπίστωσε ότι οι απόγονοι των γυμνοσαλιάγκων χωρίς αυτή τη γενετική τροποποίηση ζούσαν επίσης περισσότερο από το φυσιολογικό. Όταν διασταύρωσαν τους μακροχρόνιους γυμνοσάλιαγκες με "τύπους άγριας φύσης" που δεν υπερέκφραζαν το ένζυμο, παρατήρησαν ότι οι απόγονοι ζούσαν επίσης περισσότερο από τους κανονικούς γυμνοσάλιαγκες. Κάπως έτσι, οι δείκτες μακροχρόνιας ζωής μεταφέρονταν από γενιά σε γενιά, ακόμη και τέσσερις γενιές αργότερα.
Στη νέα έρευνα, η Wang και η ομάδα της αποκαλύπτουν πώς οι αλλαγές στα λυσοσώματα του γυμνοσαλιάγκου που προάγουν τη μακροχρόνια ζωή μεταφέρονται από τα κύτταρα του σώματος στα αναπαραγωγικά κύτταρα μέσω ιστόνων—πρωτεϊνών που παίζουν κεντρικό ρόλο στην οργάνωση και ρύθμιση του DNA. Στα αναπαραγωγικά κύτταρα, αυτοί οι ιστόνες-αγγελιαφόροι προκαλούν τροποποιήσεις στο επεγενετικό προφίλ του γυμνοσαλιάγκου—μια συλλογή χημικών ετικετών που ρυθμίζουν την έκφραση γονιδίων—επιτρέποντας τις λυσοσωμικές αλλαγές να μεταφέρονται από γενιά σε γενιά χωρίς να αλλάζουν το υποκείμενο DNA.
Τα ευρήματα έχουν συνέπειες πολύ πέρα από τη μακροχρόνια ζωή. Οι επεγενετικές τροποποιήσεις μπορούν να βοηθήσουν τους οργανισμούς να αντιμετωπίσουν πολλούς διαφορετικούς τύπους περιβαλλοντικών στρεσογόνων παραγόντων—από αλλαγές διατροφής μέχρι έκθεση σε ρύπους και ψυχολογικό στρες—και η νέα δουλειά δείχνει πώς αυτά τα πλεονεκτήματα θα μπορούσαν να μεταφέρονται από τους γονείς στους απογόνους.
«Πάντα νομίζατε ότι η κληρονομιά σας είναι στον πυρήνα, μέσα στο κύτταρο, αλλά τώρα δείχνουμε ότι ο ιστόνας μπορεί να πάει από ένα μέρος σε άλλο, και αν αυτός ο ιστόνας φέρει οποιαδήποτε τροποποίηση, αυτό σημαίνει ότι θα μεταφέρετε την επεγενετική πληροφορία από ένα κύτταρο σε άλλο,» λέει η Wang. «Πραγματικά παρέχει έναν μηχανισμό για την κατανόηση του διαγενεαλογικού αποτελέσματος.»
Αποκαλύπτοντας την κληρονομικότητα
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια συγκεκριμένη τροποποίηση ιστόνας—ένας τύπος επεγενετικής αλλαγής—ήταν αυξημένη στους μακροχρόνιους γυμνοσάλιαγκες σε σύγκριση με εκείνους με κανονικές διάρκειες ζωής. Ήθελαν να δουν πώς αυτή η τροποποίηση σχετίζεται με τις λυσοσωμικές αλλαγές που προάγουν τη μακροχρόνια ζωή.
Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό γενετικών εργαλείων, μεταγραφωμικής και απεικόνισης, διαπίστωσαν ότι οι αλλαγές στο μεταβολισμό των λυσοσωμάτων που επηρεάζουν τη μακροχρόνια ζωή των γυμνοσάλιαγκων ενεργοποιούν μια σειρά διεργασιών μέσα στο κύτταρο. Αυτές οι ενέργειες προκαλούν αύξηση μιας συγκεκριμένης παραλλαγής ιστόνα, η οποία μεταφέρεται από τους σωματικούς ή σωματικούς ιστούς του γυμνοσαλιάγκου στα αναπαραγωγικά κύτταρα μέσω πρωτεϊνών που παραδίδουν θρεπτικά συστατικά στα αναπτυσσόμενα αυγά. Στη γραμμή αναπαραγωγής, ο ιστόνας τροποποιείται, επιτρέποντας την είσοδο της πληροφορίας από το λυσοσωμάτιο στη γραμμή αναπαραγωγής και τη μεταφορά της από γονέα σε παιδί.
Οι ερευνητές δείχνουν ότι αυτή η οδός ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια της νηστείας, η οποία προκαλεί αλλαγή στο μεταβολισμό των λυσοσωμάτων—παρέχοντας μια σύνδεση από το φυσιολογικό φαινόμενο στις αλλαγές στη γραμμή αναπαραγωγής.
Η νέα εργασία προσθέτει σε ένα αυξανόμενο σώμα αποδείξεων ότι τα λυσοσώματα, τα οποία κάποτε θεωρούνταν απλώς κέντρα ανακύκλωσης των κυττάρων, λειτουργούν επίσης ως κόμβος σήματος για τον έλεγχο διαφόρων διαδικασιών στο κύτταρο και τώρα αποδεικνύεται ότι επηρεάζουν γενιές.
Η νέα έρευνα αποκαλύπτει επίσης έναν νέο μηχανισμό για τη μεταφορά πληροφοριών από σωματικά σε αναπαραγωγικά κύτταρα μέσω ιστόνων, ο οποίος θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο άλλοι τύποι κληρονομούμενης πληροφορίας μεταφέρονται από γονέα σε απόγονο.
Παρέχοντας έναν μηχανισμό για την κατανόηση του πώς οι περιβαλλοντικές αλλαγές στα σωματικά κύτταρα μεταφέρονται μέσω της γραμμής αναπαραγωγής, η νέα εργασία θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα τα διαγενεαλογικά αποτελέσματα που έχουν παρατηρηθεί στο παρελθόν, όπως η κακή διατροφή ενός γονέα που επηρεάζει τους απογόνους του.
«Τώρα δείχνουμε ότι το σώμα και η γραμμή αναπαραγωγής μπορούν να συνδεθούν μέσω του ιστόνα και να μεταφέρουν μνημονευτική γενετική πληροφορία για γενιές,» λέει η Wang.