母亲压力“记忆”会影响孙子的生物学

【字体: 时间:2021年10月14日 来源:Molecular Cell

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  爱荷华大学的生物学家发现线虫妈妈可以将压力信号传递给后代。生物学家报告说,线虫母亲暴露在应激源下,甚至在某些条件下,也会将暴露在应激源下的记忆传递给孙辈。研究结果发表在《分子细胞》杂志上。

  

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母亲对压力的反应甚至会影响她的孙辈。

爱荷华大学(University of Iowa)的生物学家发现,在特定条件下,经受热应激的线虫母亲通过修改基因,不仅将这种压力暴露的遗产传给了后代,甚至传给了后代的后代。

由生物学系和衰老心智和大脑倡议的副教授维纳·普拉拉德领导的研究人员观察了线虫妈妈在感觉到危险时的反应,比如温度变化,这对动物是有害的,甚至是致命的。在去年发表的一项研究中,生物学家发现线虫母亲在感觉到危险时会释放血清素。血清素从她的中枢神经系统传播给未受精的卵,也就是说,警告被储存在那里,然后在怀孕后传递给后代。

这种基因级联的例子比比皆是,甚至在人类身上也是如此。研究表明,从1944年到1945年,荷兰遭受饥荒(荷兰饥荒之冬)的孕妇所生的孩子长大后也受到这一时期的影响——患肥胖症、糖尿病和精神分裂症的比例高于平均水平。

在这项研究中,生物学家想要找出暴露在压力下的记忆是如何储存在卵细胞中的。

普拉拉德解释说:“基因对过去的环境条件有‘记忆’,反过来,即使环境发生了变化,基因也会影响它们的表达。这种‘记忆’是如何建立的,以及它是如何在受精、胚胎发生以及胚胎发育成成人后持续存在的,目前尚不清楚。这是因为在胚胎发生期间,大多数生物通常会重置基因的任何变化,因为基因过去的活动。”

普拉拉德和她的团队从线虫中寻找线索,线虫是科学家经常研究的一种生物。他们将母线虫暴露在意想不到的压力下,发现压力记忆通过一种称为热休克转录因子(HSF1)的蛋白质的作用在母线虫的卵中根深蒂固。HSF1蛋白存在于所有植物和动物中,并被温度、盐度和其他胁迫源的变化激活。

研究小组发现,HSF1吸收了另一种蛋白质,一种叫做组蛋白3赖氨酸9 (H3K9)甲基转移酶的酶。后者通常在胚胎发生期间起作用,使基因沉默,并消除其先前活动的记忆。

然而,普拉哈尔德的团队观察到一些完全不同的东西。

普拉拉德说:“我们发现,HSF1与通常在胚胎发育期间‘重置’基因表达记忆的机制合作,而不是建立这种应激记忆。”

这些新沉默的基因中有一个编码胰岛素受体,胰岛素受体在人类糖尿病的代谢变化中起着关键作用,当它沉默时,会改变动物的生理、代谢和抗压力能力。因为这些沉默标记会在后代身上持续存在,他们的压力反应策略从依赖于对压力高度反应的能力转变为依赖于降低压力反应能力但提供长期保护的机制。

“我们发现更值得注意的是,如果母亲在短时间内暴露在压力之下,只有她的生殖细胞发育出来的后代在子宫内受到这种压力,才有这种记忆,”普拉拉德说。“这些后代的后代(母亲的孙辈)失去了这种记忆。然而,如果母亲承受了较长时间的压力,孙辈会保留这一记忆。母体压力暴露的‘剂量’不知道怎么样在群体中被记录了下来。”

研究人员计划进一步调查这些变化。HSF1不仅是抗应激所必需的,而且HSF1和沉默标记水平的升高与癌症和转移有关。由于HSF1存在于许多生物体中,其新发现的与H3K9甲基转移酶的相互作用驱动基因沉默可能会产生更大的影响。

Molecular Cell

Gene bookmarking by the heat-shock transcription factor programs the insulin-like signaling pathway. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.09.022

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