Co szczeniak sprzed 14 000 lat może nam powiedzieć o wpływie udomowienia i stresu środowiskowego na DNA?
Wzorce metylacji DNA (które determinują, czy dany gen jest „włączony” czy „wyłączony”) to modyfikacja epigenetyczna postrzegana najczęściej jako wynik stresu środowiskowego. Choć jest to wyraźnie widoczne w roślinach, istnieje coraz więcej dowodów sugerujących, że proces ten zachodzi również w przypadku zwierząt. Aby przekonać się, czy tak jest w tym przypadku i przeanalizować związek między modyfikacją wywołaną stresem a wzorcami metylacji DNA, które mogły być wywołane przez wczesne udomowienie, w projekcie EpiCDomestic zbadano fragmenty kości. Zbiór takich szczątków pochodzących z różnych środowisk (Syberii, Grenlandii i Danii) i okresów, od górnego paleolitu (około 30 000 lat temu) do drugiego tysiąclecia naszej ery, dał uczestnikom projektu EpiCDomestic sposobność zidentyfikowania zmienności molekularnej związanej z różnymi regionalnymi przebiegami procesu udomowienia. „Musimy pracować na tym, co mamy”, mówi główny badacz dr Oliver Smith, który prowadził badania przy wsparciu ze środków programu „Maria Skłodowska-Curie”. „W większości przypadków były to kości. Szukaliśmy przede wszystkim czegoś związanego z morfologią szkieletu, ale tego rodzaju prace zawsze przynoszą nieoczekiwane rezultaty – dlatego analizujemy wszystkie geny o znanych funkcjach”. Jedno z wyzwań, przed którymi stanęli badacze, dotyczyło faktu, że wzorce modyfikacji epigenetycznej różnią się w zależności od jednostki, różnych tkanek w obrębie danego organizmu, a nawet różnych komórek. Utrudnia to uzyskanie spójnego obrazu. Aby możliwie najbardziej uprościć prace, zespół postanowił rozpocząć od wykorzystania tego samego typu tkanki w różnych próbkach. „Zdecydowana większość tkanek będących przedmiotem badań archeologicznych to kości, więc pomyśleliśmy, że możemy poszukać genów związanych z rozwojem morfologicznym istotnym dla celów hodowlanych, przynajmniej na początek. Wyjątkiem był zamarznięty szczeniak sprzed 14 000, potomek udomowionego psa z wioski Tumat na Syberii”. Szczątki były tak dobrze zachowane, że dr Smith mógł spojrzeć na badaną kwestię z innej perspektywy. „Skoro nadarzyła się okazja, chcieliśmy sprawdzić, czy epigenom różnych tkanek może pasować do ich odpowiednich transkryptomów – to znaczy, czy stan »włączenia« lub »wyłączenia« genów będzie pasował do poziomu ekspresji tych genów, który obserwowaliśmy w RNA (transkryptomie) dla każdej z tych tkanek”. To dopiero początek, ale wstępna analiza przeprowadzona przez badaczy pozwala im sądzić, że nawet po upływie tysiącleci możliwe jest wyodrębnienie tych komplementarnych sygnałów. „To bardzo wstępne analizy i poruszamy się po nieznanym gruncie, dlatego nie możemy jeszcze wysuwać żadnych daleko idących hipotez”, dodaje dr Smith. Przeprowadzenie tych innowacyjnych prac jest możliwe dzięki lepszemu zrozumieniu dawnego DNA, w szczególności tego, w jaki sposób ulega ono zniszczeniu i degradacji. Naukowcy dopiero niedawno zdali sobie sprawę, że mogą wykorzystać wzorce uszkodzeń jako klucz do metylacji DNA. Badania takie były już prowadzone na ludziach (neandertalczykach i denisowianach), a dr Smith pracował wcześniej nad jęczmieniem. „Prace te miały jednak na celu udowodnienie pewnej koncepcji, nie były zaś prowadzone z myślą o konkretnym zagadnieniu ewolucyjnym”, wyjaśnia. Obecnie badania w tej dziedzinie nabierają rozpędu, co oznacza, że analiza takich uszkodzeń mogłaby rzucić światło na inne ciekawe aspekty metylacji DNA. Dr Smith jest szczególnie zainteresowany aspektem dotyczącym starożytnego RNA: „Liczące 14 000 lat RNA z tkanek zwierzęcych, które zachowało się na tyle, że wykazuje biologicznie istotne profile konkretnych tkanek, stanowi kamień milowy pod względem metodologii. Gdy weźmiemy pod uwagę ogromną liczbę wirusów RNA, jak na przykład HIV, wścieklizna czy odra, zyskujemy potencjalnie nowe i ekscytujące źródło informacji biomolekularnych o przeszłości”.
Słowa kluczowe
EpiCDomestic, epigenetyczne, modyfikacja wywołana stresem, wzorce metylacji DNA, informacje biomolekularne, górny paleolit, starożytne RNA
