Всички статии

Жълта и болна или кафява и здрава: решава го храната на майката

Мишките са генетично еднакви, но още преди раждането развитието им поема в различна посока. Разликата идва от храненето на майката — добавянето на фолат, витамин B12, холин и бетаин влияе върху епигенетичните белези, които се поставят в ранните етапи на развитието и могат да се запазят дълго след раждането.

Жълта и болна или кафява и здрава: решава го храната на майката

Мишките на тази снимка са генетично почти еднакви, но изглеждат и се развиват различно. Жълтите мишки са по-склонни към затлъстяване, нарушения в обмяната на глюкозата и по-висок риск от някои тумори, докато кафявите обикновено остават по-слаби и по-здрави.

Разликата започва още преди раждането. В експеримент, публикуван през 2003 г., едната група мишки майки получава стандартна лабораторна храна, а другата — същата храна, обогатена с фолиева киселина, витамин B12, холин и бетаин. При потомството на майките, получавали добавката, по-често се появява кафявият фенотип и по-рядко — жълтият. Причината не е промяна в самата ДНК последователност, а различно епигенетично регулиране на гена Agouti.

Как промяна в храненето на майката може да повлияе върху цвета на козината — и върху здравето — на поколението?

Един ген, две състояния

Цветът на козината при тези мишки зависи от гена Agouti. В близост до него се намира вмъкнат участък от ДНК — остатък от древен вирусоподобен елемент, който обикновено остава неактивен. Един от механизмите, които поддържат това състояние, е ДНК метилирането — добавянето на малки химични групи към определени участъци от ДНК.

Когато този участък е слабо метилиран, той може да активира гена Agouti по начин, който не е характерен за нормалната му регулация. Резултатът е жълта козина и по-висока склонност към затлъстяване, нарушения в глюкозния метаболизъм и развитие на някои тумори.

Когато метилирането е по-силно, участъкът остава заглушен и гена Agouti се регулира по-нормално. Тогава козината е кафява, а животните обикновено са по-слаби и с по-благоприятен метаболитен профил.

ДНК последователността е практически една и съща. Разликата е в начина, по който генът се регулира.

Двете групи майки

Робърт Уотърланд и Ранди Джъртъл разпределят женските мишки на случаен принцип в две групи. Едната получава стандартна лабораторна храна, а другата — същата храна, обогатена с четири източника на метилови групи. Добавката започва две седмици преди чифтосването и продължава през цялата бременност и периода на кърмене. Всички останали условия са еднакви.

Разликата между потомствата се вижда още по цвета на козината. Малките са разделени в пет категории — от изцяло жълти до почти изцяло кафяви. При потомството на майките, получавали обогатената храна, разпределението ясно се измества към кафявия фенотип.

Броят на малките в котилото и теглото им при отбиване не се различават съществено между двете групи. Добавката не води до повече или по-едри малки, а до промяна в един много специфичен белег — начина, по който се проявява генът Agouti.

Две генетично еднакви агути мишки: едната жълта и едра, другата кафява и слаба.
Генетично еднакви Avy мишки. Жълтото животно носи малко метилови белези върху ключовия участък; кафявото носи много. Randy Jirtle и Dana Dolinoy, Agouti Mice, CC BY 3.0.

След това изследователите проверяват какво се е случило на нивото на ДНК. При малките на майките, получавали обогатената храна, ключовият участък около гена Agouti е по-силно метилиран на всяка от седемте изследвани позиции. Когато степента на метилиране е включена в статистическия анализ, връзката между хранителната добавка и цвета на козината изчезва. Това показва, че промяната във фенотипа е свързана именно с различното метилиране на този участък.

Белегът се поставя рано и се запазва

Метилирането е измерено в тъкани от опашка, черен дроб, бъбрек и мозък на едни и същи животни. Стойностите са много сходни независимо от тъканта. Тъй като тези тъкани произлизат от различните зародишни пластове, резултатът показва, че различията в метилирането възникват много рано в ембрионалното развитие — преди клетките да се обособят в отделни тъкани — и впоследствие се запазват при клетъчното делене.

Ефектът се оказва устойчив и във времето. Степента на метилиране, измерена при отбиването, е свързана с тази, установена по-късно, а цветът на козината при почти всички животни остава в същата категория и на 100-дневна възраст. Промяна, възникнала в ранен етап от развитието, се запазва дълго след това.

Какво означава това за човека

Транспозируемите елементи като този, разположен в близост до гена Agouti, не са особеност само на мишия геном. Подобни последователности и техните производни заемат значителна част и от човешката ДНК. Затова авторите поставят по-широк въпрос: възможно ли е храненето в най-ранните етапи на развитието да влияе върху установяването на трайни епигенетични модели и при човека?

Изследването не дава директен отговор на този въпрос, но показва убедително самия принцип. При генетично почти еднакви животни промяна в храненето на майката може да промени начина, по който определен участък от ДНК се метилира, а тази промяна да се запази и да повлияе върху проявата на гена.

Точно затова мишките Agouti се превръщат в един от най-разпознаваемите примери в епигенетиката. Разлика, която не се вижда в последователността на ДНК, става видима с просто око чрез цвета на козината.

След отбиването всички мишки получават една и съща храна, но различията в цвета се запазват. Началото им е много по-рано — по време на развитието, когато храненето на майката е повлияло върху епигенетичното регулиране на гена Agouti. В експеримента ключова роля имат фолиевата киселина, витамин B12, холинът и бетаинът — хранителни вещества, които участват и в човешкия едновъглероден метаболизъм и метилирането.


Източници

Още истории

Всички статии