Нейроны червя хранят память о пережитом стрессе сквозь поколения

19 сентября 2021

Недавнее исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, показало, что черви передают в ряду поколений память о пережитом стрессе в виде увеличенного количества митохондриальной ДНК. Повышенная копийность митохондриальной ДНК сохраняется даже тогда, когда воздействие изначального источника стресса сходит на нет.

Caenorhabditis elegans

Факторы внешней среды и различные стрессы нередко откладывают отпечаток на физиологические особенности организма и его поведения, и иногда такие изменения передаются следующим поколениям. Как правило, молекулярный механизм «памяти» о пережитых плохих временах эпигенетический, то есть сохраняется в виде модификаций ДНК и связывающих ее белков гистонов. 

Иногда путь передачи «памяти» о прошедших стрессах более экстравагантный: например, у некоторых организмов воздействие внешней среды влияет на формирование ооцитов, а особенности ооцита напрямую отражаются на развитии дочернего организма. Однако у нематод Caenorhabditis elegans, излюбленного модельного организма молекулярных биологов и нейробиологов, похоже, есть совершенно уникальный механизм передачи в ряду поколений следов неблагоприятных воздействий. Как сообщается в недавней работе, опубликованной в Nature Cell Biology, у червей митохондрии в нейронах отвечают на стресс увеличением копийности собственной митохондриальной ДНК, и эта особенность передается дальнейшим поколениям.

Митохондрии чувствительны к различным видам клеточного стресса, например, окислительному или протеостатическому, при котором в клетке накапливается большое количество неправильно уложенных белков, неспособных нормально выполнять свои функции. Авторы обсуждаемой работы моделировали митохондриальный стресс в нейронах червя, активируя в них экспрессию белка Q40, вызывающего болезнь Гентингтона. Этот белок физически взаимодействует с митохондриями и мешает их нормальной работе. Митохондрии же отвечают на это воздействие увеличением копийности митохондриальной ДНК (мтДНК). 

Самое удивительное, что повышенное содержание мтДНК передается потомкам червей, в нейронах которых был активен Q40, и продолжает передаваться даже тогда, когда экспрессия Q40 уже отключена.  Поскольку у животных митохондрии передаются, как правило, по материнской линии, то митохондриальный сигнал стресса также передается потомкам от особей, производящих ооциты (дело в том, что у Caenorhabditis elegans нет самок как таковых – есть гермафродитные черви и самцы). 

Передача стрессового сигнала в форме повышенного количества мтДНК обеспечивается, по всей видимости, активностью сигнального пути Wnt. У червей, несущих следы митохондриального стресса в виде увеличенного количества мтДНК, наблюдается повышенная экспрессия лиганда рецептора Wnt – белка egl-20. Роль пути Wnt в передаче «митохондриального сигнала» через поколения подтверждается и экспериментами по скрещиванию червей. Более того, авторы смогли доказать, что активность сигнального пути Wnt необходима для передачи сигнала митохондриального стресса в ряду поколений.

Зачем нематодам нужно передавать из поколения в поколение сигнал, вводящий митохондрии в состояние реакции на протеостатический стресс, даже если изначальный источник стресса давно перестал быть актуальным? Вероятно, такова плата за надежду на то, что потомки червей, которые изначально подверглись стрессу, смогут приспособиться и преодолеть то, что оказалось не по плечу их предкам.


Текст: Елизавета Минина

The memory of neuronal mitochondrial stress is inherited transgenerationally via elevated mitochondrial DNA levels by Zhang, Q., Wang, Z., Zhang, W. et al. Nature Cell Biology 23, 870–880 (2021). https://doi.org/10.1038/s41556-021-00724-8

https://doi.org/10.1038/s41556-021-00724-8