Кратко и по существу.
1) Какие механизмы могут передаваться между поколениями
- Метилирование ДНК: метильные метки цитозина (например, $5\mathrm{mC}$) в CpG‑диапазонах; поддерживается ферментами (DNMTs) и может влиять на транскрипцию. Часть меток может «уклоняться» от периодов глобальной деметиляции в зиготе и примордиальных половых клетках.
- Модификация гистонов: метки типа $H3K4me3$, $H3K9me3$, $H3K27me3$ и др. — влияние на структуру хроматина и экспрессию. Значимы остатки нуклеосом в сперме (незаменённые протаминами) и передача комплексов «читающих/пишущих» белков.
- Некодирующие РНК: piRNA, si/miRNA, т‑RNA фрагменты (tRF), длинные некодирующие РНК — могут попадать в гаметы напрямую или через внеклеточные везикулы и вызывать посттранскрипционную регуляцию или запуск амплифицирующих путей (в т.ч. RdRP в растениях/нематодах).
2) Доказательства трансгенерационной передачи
- Животные (мыши, крысы): пример метастабильного аллеля $Avy$ (Agouti) — метилирование коррелирует с фенотипом и реагирует на материнскую диету; воздействие фунгицида винклозолин вызывало репродуктивные нарушения, наблюдаемые в поколениях до $F_3$.
- Немотоды ($C.elegans$): устойчивое наследование эффекта РНКи на десятки поколений (> $20$) через вторичные siRNA и эпигенетические комплексы (HRDE‑1), показано молекулярное поддержание.
- Растения и «парамутация»: устойчивые изменения экспрессии (например, в кукурузе) передаются независимо от первичной последовательности ДНК.
- Паттерны у людей: эпидемиологические корреляции (питание/стресс/токсины у родителей) с изменёнными метилировками и рисками у потомков — косвенные доказательства, но прямые причинно‑следственные молекулярные доказательства ограничены.
- Молекулярные следы: обнаружение сохранённых меток ДНК/гистонов и специфических ncRNA в сперме/яйцеклетках, изменение метилома и хроматина у последующих поколений.
3) Как окружающая среда индуцирует устойчивые фенотипические изменения (механизмы)
- Прямое воздействие на гаметы или на зародыш (интергенерационная vs трансгенерационная): воздействие на $F_0$ может напрямую изменить $F_1$ (и зародышевые гаметы $F_2$), а трансгенерационная устойчивость требует передачи на поколение, не подвергшееся прямому воздействию (обычно минимум до $F_3$ при отцовской линии или $F_2$ при материнской — см. различие ниже).
- Сигналы «сома → гамета»: гормоны, метаболиты, окислительный стресс, внеклеточные везикулы, несущие ncRNA/белки, могут модифицировать эпигеном гамет.
- Молекулярные пути формирования устойчивости:
- Эпигенетическая метка в гаметах устанавливается (метилирование, гистон-модификация, включение ncRNA).
- Часть меток уклоняется от двух волн глобальной ребирутинговки (зигота, PGC), особенно импринты, ретротранспозоны и некоторые метастабильные эпигалели.
- Самоподдерживающие механизмы: «читатель‑письменник» комплексы (читают модификацию и рекрутируют ферменты для её восстановления), амплификация малых РНК (в организмах с RdRP), подавление/активация транспозонов, положительные обратные связи в сети регуляторов.
- Пример цепочки: стресс/диета → изменение метаболитов (SAM/ацетил‑CoA) → изменение активности DNMT/гистон‑ацетилтрансфераз → изменение метки в гамете → уклонение от репрограммирования → изменённая экспрессия генов в потомстве → фенотип.
4) Критические замечания и ограничения
- Не всё, что коррелирует с эпигенетическими метками у потомков, является устойчиво наследуемым или причинно связано с фенотипом.
- Существует сильный видоспецифический контекст: механизмы и продолжительность наследования у нематод/растений отличаются от млекопитающих.
- Необходимо разграничивать «интергенерационное» (прямое воздействие на гаметы или эмбрион) и «трансгенерационное» (наследуемое в отсутствия прямого воздействия) наследование; для доказательства трансгенерации нужны корректно сконструированные эксперименты со снятием прямого воздействия и анализом по меньшей мере до $F_3$ (потомок без прямого контакта).
Краткий вывод: доказано несколько молекулярных путей (метилирование ДНК, модификации гистонов, ncRNA) способных передавать информацию между поколениями, с убедительными экспериментальными данными в моделях (нематоды, растения, грызуны) и ограниченными коррелятивными данными у людей; экологические факторы действуют через метаболиты, сигнальные молекулы и внеклеточные носители, устанавливая метки, которые при определённых условиях могут уклоняться от репрограммирования и поддерживаться самоусиливающимися механизмами, приводя к устойчивым фенотипическим изменениям.