Люди обычно думают, что наш генетический код и, следовательно, образцы экспрессии наших генов неизменны на протяжении всей жизни. Действительно, это верно в некоторых случаях, таких как цвет глаз, характеристика, которая определяется экспрессией генов на ранней стадии развития. Однако недавно ученые обнаружили, что регуляция генов также может происходить непрерывно через эпигенетические процессы с потенциалом изменения поведения на протяжении всей жизни.
С помощью эпигенетики экспрессию генов можно включать и выключать, как выключатель света, с помощью нескольких механизмов. Посредством одного из этих механизмов, называемого метилированием ДНК, к генам добавляются молекулы метила, предотвращая их экспрессию.
В исследовании, опубликованном в PLoS ONE, исследователи из Стэнфорда сообщают, что социальный статус цихлид может регулироваться метилированием ДНК.«Различия в статусе существуют у всех социальных организмов», — сказал Рассел Фернальд, профессор биологии Стэнфордского университета и старший автор исследования. «Наша работа показывает, как статус социального доминирования, возможно, регулируется посредством метилирования, что важно, потому что люди более высокого ранга, как правило, имеют лучшее здоровье и качество жизни».Шоу социального доминированияВ 2004 году исследование, проведенное учеными из Университета Макгилла, показало, что заботливое поведение материнских крыс влияет на их потомство.
Щенки, которых кормили больше, росли, чтобы меньше подвергаться стрессу во взрослом возрасте, в то время как щенки, которые получали меньше заботы, росли с более тревожными тенденциями. Это различие было вызвано метилированием гена рецептора стресса, объяснил Фернальд, профессор биологии человека Бенджамина Скотта Крокера.
Последующие исследования выявили и другие примеры, с помощью которых эпигенетика может изменять наши паттерны экспрессии генов в зависимости от жизненного опыта.Фернальд изучает Astatotilapia burtoni, один из сотен видов рыб-цихлид, обитающих в озере Танганьика в восточной Африке, из-за уникального пути их эволюции с течением времени. Для самца A. burtoni доминирование — это все. Они часто сражаются за территорию, а победитель получает доступ к двум наиболее важным ресурсам — пище и самкам.
Обладая яркой радужной чешуей, высокопоставленные самцы агрессивно защищают свои кормовые угодья и заманивают самок на свою территорию, чтобы пообедать разлагающейся материей на дне озера. Напротив, низкорослые самцы тускло-серого цвета составляют 80 процентов населения, но не могут воспроизводить потомство и должны плавать с самками, чтобы получить доступ к пище.Но даже доминирующие самцы должны заставить самок спариваться.
Это сложно, так как A. burtoni занимается разведением ротовой полости. После откладывания яиц в песок самка зачерпывает их ртом, чтобы вынашивать до вылупления, что представляет собой логистическую проблему для оплодотворения. Гениальное эволюционное решение этой дилеммы — это вариант орального секса.
Доминирующий самец светит своим анальным плавником, который украшен пятнами, похожими на огромные яйца, и которые пронизаны спермой. Когда самка видит эти пятна, она идет за анальным плавником самца, как будто пытается собрать несколько яиц, которые она уронила, собирая при этом сперму и оплодотворяя яйца во рту.«У этого вида только самцы-мачо могут спариваться, а недоминантные самцы не могут воспроизводить потомство, поэтому ставки чрезвычайно высоки», — сказал Фернальд.Изменение социального статуса
Но возможна некоторая социальная мобильность. Поскольку кричащие доминантные самцы более уязвимы для хищников, всякий раз, когда рыба-босс исчезает, начинается большая битва, поскольку недоминантные самцы сражаются, чтобы захватить свободную территорию.
Затем победитель становится доминирующим, что приводит к удивительной серии физиологических изменений, включая перестройку частей мозга, о чем ранее сообщала группа Фернальда.Учитывая важность статуса, Фернальд задавался вопросом, были ли эти драматические изменения вызваны экспрессией генов.«Если мы изменим экспрессию генов через изменения в метилировании, сможем ли мы повлиять на изменение социального доминирования?» он спросил.Вместе с аспирантом Капой Ленковым Фернальд проверил это непосредственно на цихлидах, выращенных в его Стэнфордской лаборатории.
Каждую пару пар недоминантных самцов одинакового размера поместили в аквариум, способный поддерживать только одну территорию. В каждой паре одному самцу вводили метилирующий агент, а другому — супрессор метилирования, и две рыбы боролись за доминирование.
«Мы смогли увидеть изменение поведения в считанные минуты, когда одно животное начало доминировать над другим», — сказал Фернальд. «Видеозаписи этих столкновений показали, что рыбы, которым вводили метилирующий агент, с гораздо большей вероятностью оказывались в выигрыше, в то время как те, кто получал супрессор метилирования, обычно проигрывали борьбу за доминирование.«Было замечательно, что мы смогли определить, какая рыба стала доминирующей, изменив спектр генов, экспрессируемых в этом контексте», — сказал он.
Работа Фернальда предполагает, что эпигенетические процессы могут вызывать, а не просто отражать изменения в статусе доминирования у иерархически организованных видов, сказал Том Бойс, профессор Калифорнийского университета в Медицинской школе Сан-Франциско, который не принимал участия в исследовании.«Это имеет значение для людей и нечеловеческих приматов, поскольку иерархическое поведение и отношения социального доминирования появляются в раннем возрасте и остаются важными на протяжении всей жизни», — сказал Бойс.
«Метилирование ДНК — потенциально способ, с помощью которого регулируется социальное доминирование во многих социальных организмах, включая людей», — сказал Фернальд. «Следующим шагом будет определение того, какие гены реагируют на метилирование, вызывая это изменение доминирования».