Когда организмы передают свои гены будущим поколениям, они передают не только код, записанный в ДНК.

Они также передают химические маркеры, которые указывают клеткам, как использовать этот код. Этот процесс называется эпигенетическим наследованием и особенно распространен у растений. В новом исследовании ученые подробно описали этот механизм. Открытия в данной области могут иметь важное значение для сельского хозяйства, продовольственной безопасности и окружающей среды.

Ученые Cold Spring Harbor Laboratory и Фонда Говарда Хьюза изучили, как растения передают маркеры, которые поддерживают неактивность транспозонов, также известных как «перемещающиеся гены». Когда эти гены активируются, они могут перемещаться и нарушать работу других генов. Чтобы привести их в бездействие и защитить геном, клетки добавляют регуляторные метки на определенные участки ДНК. Этот процесс называется метилированием.

Ученые показали, как белок DDM1 помогает ферменту наносить особые метки на новые цепи ДНК растений. У растительных клеток ДНК очень плотно спрессована. Чтобы сохранить порядок и компактность генома, клетки обертывают ДНК вокруг белковых структур, называемых гистонами. Но это мешает другим важным ферментам получить доступ к ДНК. Перед тем как метилирование произойдет, необходимо сместить или удалить гистоны, чтобы открыть доступ для дальнейших изменений в ДНК.

Белок DDM1 был впервые обнаружен 30 лет назад. С тех пор исследователи узнали, что он перемещает ДНК вдоль белковых структур, чтобы раскрыть участки, требующие метилирования. Это похоже на движение с плавным скольжением йо-йо по веревке. Гистоны могут двигаться вверх и вниз по ДНК, поочередно открывая части ДНК, но не сходя с нее.

С помощью генетических и биохимических экспериментов ученые определили, какие гистоны вытесняет DDM1. Криоэлектронная микроскопия предоставила детальные изображения фермента, взаимодействующего с ДНК и связанного с ней упаковочными белками. DDM1 захватывает определенные гистоны и реконструирует упакованную ДНК.

Эксперименты также показали, как DDM1 сохраняет контроль над эпигенетическими процессами через несколько поколений благодаря своей связи с определенными гистонами. Исследователи показали, что гистон, обнаруженный только в пыльце, устойчив к воздействию DDM1 и выступает в качестве запоминающего устройства во время деления клеток. То есть этот гистон «запоминает», где он находился в процессе развития растения и сохраняет эту информацию для передачи следующему поколению.

Растения — не единственные в этом процессе. У людей также присутствуют белки, подобные DDM1, которые поддерживают метилирование ДНК. Это новое открытие может помочь объяснить, как эти белки поддерживают функциональность и целостность нашего генома.