Коротко и по делу — как и почему эпигенетика иногда передаётся между поколениями, а иногда — нет; какие факторы влияют на эпигеном.
1) Механизмы эпигенетической информации
- DNA-метилирование (в основном 5‑метилцитозин в CpG) — влияет на экспрессию генов.
- Модификации гистонов (ацетилирование, метилирование и т.д.) — меняют структуру хроматина.
- Некодирующие РНК (siRNA, piRNA, miRNA) — регулируют транскрипцию/стабильность РНК.
- Структурные изменения хроматина и переносимые белки/везикулы — дополнительные носители информации.
2) Ограничения передачи между поколениями (эффект «не всегда наследуется»)
- В млекопитающих большинство эпигенетических меток стирается и перепрограммируется в две ключевые стадии: в предимплантационном эмбрионе и в примордиальных герминативных клетках. Это препятствует устойчивой передаче большинства эпиметок. Формально: две волны очистки — $2$ волны.
- Исключения: импринтинг (род-специфическая метка), некоторые трансопозоны и отдельные локусы могут «убегать» от полной очистки.
- Различие терминов: «интергенерационное» влияние — прямой эффект воздействия на родителя и/или развивающийся плод; «трансгенерационное» — эффект в поколениях, которые не были непосредственно подвергнуты воздействию. В млекопитающих при воздействии матери во время беременности истинно трансгенерационным считается появление эффекта в поколении $F_3$ (потому что $F_0$ — мать, $F_1$ — плод, $F_2$ — герминативные клетки плода), для отцовских воздействий первым «непопадающимся» поколением обычно считается $F_2$.
3) Механизмы, через которые внешние факторы влияют на эпигеном
- Изменение доступности метильных доноров (фолат, метионин → S‑аденозилметионин, SAM) изменяет уровни DNA‑метилирования.
- Модуляция активности ферментов (DNMT, TET, HAT, HDAC) через сигнализацию, окислительный стресс или прямое ингибирование.
- Индукция малых РНК в половых клетках или тканях потомства.
- Влияние на микробиом, который через метаболиты (бутират, фолаты и др.) меняет эпигенетическую регуляцию хозяина.
4) Примеры экологических факторов
- Питание (калорийность, дефицит/переизбыток метильных доноров). Пример: Agouti‑мышь — добавление доноров метилации у матери меняет окраску и метилирование у потомков.
- Стресс и поведение матери (изменения метилирования генов стресса у потомков).
- Токсичные вещества и эндокринные разрушители (BPA, виниклозолин) — ассоциированы с эпигенетическими изменениями и в некоторых моделях — трансгенерационными эффектами.
- Курение, алкоголь — меняют метилирование у потомков.
- Температура и свет (особенно у растений и беспозвоночных) — влияют на вернализацию, полевую дифференциацию и т.д.
- Инфекции и микробиом — через иммунные сигналы и метаболиты.
5) Отличия между организмами
- Растения и некоторые беспозвоночные (например, нематоды) часто имеют менее радикальную эпигенетическую очистку, поэтому эпигенетическая передача там более стабильна.
- У человека и других млекопитающих — большая степень перепрограммирования, поэтому устойчивые трансгенерационные эффекты редки и труднее доказуемы.
6) Доказательная база и предостережения
- Много примеров в экспериментальных моделях; у человека — корреляционные данные (например, эффект голода — Dutch Hunger Winter, изменения метилирования IGF2), причём трудно исключить генетику и постнатальные факторы.
- Необходимы строгие многопоколенные исследования, контроль за генетикой и средой, репликация.
Ключевая мысль: эпигенетические модификации могут передаваться между поколениями, но в млекопитающих это ограничено строгими волнами перепрограммирования; устойчивой трансгенерационной передачи подвержены лишь избранные метки и зависит от вида, типа метки и характера воздействия.