Ссылки на новости и материалы по тематике раздела "Вселенная, Жизнь, Разум"

[Серый Страж]

Может ли жизненный опыт переписать ДНК? Как РНК делает приобретенные признаки врожденными
https://www.ixbt.com/live/science/mozhet-li-zhiznennyy-opyt-perepisat-dnk-kak-rnk-delaet-priobretennye-priznaki-vrozhdennymi.html

Многочисленные исследования продемонстрировали, что организмы действительно способны передавать потомкам адаптации к стрессу, изменениям диеты или перенесенным заболеваниям.

Долгое время это явление объясняли исключительно механизмами «мягкой» эпигенетики. Эпигенетика изучает химические метки (например, метилирование), которые присоединяются к молекуле ДНК и меняют активность генов, не затрагивая саму последовательность нуклеотидов. Проблема эпигенетического наследования заключается в его обратимости. Эксперименты показывают, что такие признаки, передающиеся по мужской линии через регуляторные молекулы РНК в сперматозоидах, начинают угасать и полностью исчезают к пятому или шестому поколению.

Но исторические данные и результаты многолетних селекционных экспериментов демонстрируют чуть другую картину: при определенных условиях приобретенные изменения способны преодолеть барьер Вейсмана и навсегда зафиксироваться в самом геноме. В масштабном аналитическом обзоре группа генетиков и иммунологов обобщила разрозненные данные и описала конкретный биохимический механизм того, как временная эпигенетическая адаптация превращается в стабильную генетическую мутацию. Этот процесс получил название эпигенетико-генетического сопряжения.

Главный вопрос заключается в том, какой именно физический механизм позволяет информации течь в обратном направлении — от соматических тканей к репродуктивным клеткам. Авторы описывают этот процесс как цепь последовательных биохимических реакций, известных как направленная обратная транскрипция (TSRT).

Алгоритм состоит из четырех ключевых этапов:

• Эпигенетическая активация локуса. Сильный внешний стресс заставляет клетку активировать гены, необходимые для адаптации. Структура хроматина в этом месте разрыхляется. Транскрипция — процесс синтеза матричной РНК (мРНК) на основе ДНК — многократно усиливается.
• Соматическое мутирование. Раскрытая нить ДНК и активно синтезируемая РНК становятся физически уязвимыми. В клетке активируются ферменты-дезаминазы (семейства AID/APOBEC и ADAR). Их задача — химически изменять нуклеотиды. Например, они превращают цитозин в урацил или аденин в инозин. Происходит направленное редактирование структуры РНК. Организм генерирует новые варианты молекул, функционально адаптированные к текущему раздражителю.
• Межклеточный транспорт. Измененные молекулы РНК (несущие информацию о приобретенной адаптации) упаковываются во внеклеточные везикулы — экзосомы. Эти микроскопические мембранные структуры выделяются в кровеносную и лимфатическую системы. Они способны проникать сквозь тканевые барьеры, достигая половых желез и попадая внутрь формирующихся сперматозоидов и яйцеклеток. Вейсмановский барьер оказывается проницаемым для молекулярных сигналов.
• Интеграция в целевой сайт. Попав в ядро половой клетки, доставленная РНК должна найти свое место. Длинные некодирующие РНК способны распознавать специфические последовательности двойной спирали ДНК за счет образования нестандартных водородных связей (пар Хугстина). Образуется тройная спираль. После точного позиционирования в процесс вступает фермент ДНК-полимераза η (эта). В нормальных условиях этот фермент отвечает за починку повреждений в геноме. Однако исследования показывают, что он обладает высокой эффективностью как обратная транскриптаза. ДНК-полимераза η использует пришлую РНК в качестве шаблона и достраивает нить ДНК, физически заменяя исходный нуклеотидный текст на новый, приобретенный вариант.

Процесс завершен. Реакция на стресс, возникшая в тканях тела, навсегда переписала генетический код, который будет передан следующему поколению.

Предложенная концепция эпигенетико-генетического сопряжения не отменяет фундаментальных принципов дарвиновской эволюции, но существенно дополняет их на молекулярном уровне. Естественный отбор продолжает работать, исключая организмы с неудачными генетическими изменениями.

Однако само появление новых признаков перестает быть чисто результатом слепого шанса и ошибок репликации. Живые организмы демонстрируют способность функционально реагировать на среду, вырабатывать соматические адаптации и транслировать этот успешный опыт на уровень видовой генетической памяти.

Источник: International Journal of Molecular Sciences