Жизненный опыт отца может повлиять на его детей еще до их рождения

Фото из открытых источников

Ученые долгое время предполагали, что сперматозоиды перемещаются налегке – это легкие сосуды, единственная задача которых – доставлять ДНК. Новые исследования на мышах ставят под сомнение эту картину. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Исследование возглавил Колин Конин, специалист по эпигенетике из Университета Пенсильвании.

По всей видимости, сперматозоиды поглощают молекулы матричной РНК на пути к зрелости и могут передавать их непосредственно эмбриону после оплодотворения. Это даёт отцам возможность влиять на своих детей далеко за пределами передаваемых ими генов.

После выхода из яичек сперматозоиды перемещаются через эпидидимис — плотно свернутую трубку, где завершают свое созревание.  Ранее ученые обычно предполагали, что к этому этапу сперматозоиды избавляются от большей части своего клеточного содержимого. Теперь это предположение выглядит сомнительным.

Исследователям уже было известно, что сперматозоиды переносят небольшие фрагменты РНК , которые могут подавлять экспрессию генов. Эти фрагменты связывают с передачей детям влияния диеты, уровня стресса и физических упражнений отца.

Однако считалось, что матричные РНК — более длинные молекулы, несущие инструкции для построения белков, — представляют собой совершенно иное явление.

«История мРНК до сих пор оставалась совершенно неизученной», — сказал Конин.

Ученые секвенировали мРНК в сперматозоидах мышей, в клетках, выстилающих эпидидимис, и в крошечных везикулах, называемых эпидидимосомами, которые переносят молекулярный груз между клетками. Закономерность была неизменной: сперматозоиды накапливают мРНК по мере продвижения по семявыводящему протоку, и, по-видимому, источником являются эпидидимосомы.

В лабораторных экспериментах везикулы из конечного участка протоки, где завершается созревание сперматозоидов, передавали мРНК непосредственно незрелым сперматозоидам. Перенесенные транскрипты совпали с теми, которые были обнаружены в естественно созревших сперматозоидах.

Обнаружение этих молекул в сперматозоидах само по себе достаточно интересно. Но то, что они могут проникать дальше – в сам эмбрион, – повышает ставки. Исследователи обнаружили, что некоторые мРНК, присутствующие в зрелых сперматозоидах, отсутствуют в неоплодотворенных яйцеклетках, но присутствуют в оплодотворенных. Простейшее объяснение заключается в том, что сперматозоиды доставили их туда.

А поскольку такие факторы окружающей среды, как диета, стресс или физические упражнения, могут запускать выработку мРНК у отца, это указывает на поразительно прямой путь, по которому жизненный опыт мужчины может формировать следующее поколение. Это более прямой канал отцовского влияния, чем тот путь малых РНК, о котором ученые уже знали.

По словам Конина, это создает механизм, с помощью которого окружающая среда может напрямую влиять на сперматозоиды, а затем потенциально влиять на следующее поколение. Найти эти молекулы — одна задача. Доказать их функциональность — другая.

Чтобы проверить, действительно ли РНК, доставленная сперматозоидами, влияет на развитие эмбриона, команда ввела длинные последовательности РНК в партеногенетические эмбрионы — яйцеклетки мышей, развитие которых было инициировано без участия сперматозоидов.

Клетки изменили свою генную экспрессию таким образом, чтобы она стала напоминать экспрессию генов нормально оплодотворенных эмбрионов, что позволяет предположить, что крупные РНК из сперматозоидов могут после оплодотворения регулировать экспрессию генов в эмбрионе.

Исследователи также изучили данные на людях. Оказалось, что зрелые сперматозоиды человека содержат аналоги многих из тех же мРНК, что и у мышей, что позволяет предположить, что тот же механизм действует и у людей.

Эксперты признают, что команда Конина «хорошо поработала, подтвердив наличие полноразмерных мРНК».  Она тщательно разграничила то, что на самом деле демонстрируют эксперименты с эмбрионами. Полученные результаты являются доказательством принципа, что это возможно.

Эрик Миска, биолог, специализирующийся на РНК, из Кембриджского университета, поместил полученные результаты в более широкий контекст – на растущее количество доказательств, свидетельствующих о перемещении видов РНК между тканями способами, которые исследователи ранее не ожидали.

«Чем больше видов РНК мы обнаружим, перемещающихся из одной ткани в другую, тем интереснее становится, не так ли? Главное будет выяснить, как интерпретируется эта информация», — сказал Миска.

На данный момент идея о том, что сперматозоиды могут нести не только ДНК отца, но и молекулярные сигналы, сформированные его жизненным опытом, уже меняет представления ученых о наследственности.

Если эти сигналы влияют на развитие эмбриона, отцы могут передавать не только гены.

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний