Według nowych badań z Niemiec, ojcowie mogą być w stanie przekazywać zwiększoną zdolność uczenia się, wynikającą z aktywności fizycznej i umysłowej poprzez zmiany molekularne w ich plemnikach.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowcy z niemieckiego Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych (DZNE) i Uniwersyteckiego Centrum Medycznego w Göttingen, również w Niemczech, wyjaśniają, w jaki sposób doszli do tego wniosku po zbadaniu myszy.
Odkryli, że ekspozycja na stymulujące środowisko z dużą ilością ćwiczeń nie tylko zwiększyła zdolność uczenia się u dorosłych samców myszy, ale także, że ta korzyść została odziedziczona przez ich potomstwo.
Dalsze testy wykazały, że efekt został przeniesiony poprzez zmiany w cząsteczkach RNA w plemnikach ojców.
Naukowcy zidentyfikowali dwie specyficzne cząsteczki mikroRNA – zwane miRNA212 i miRNA132 – jako odpowiedzialne przede wszystkim. MikroRNA to grupa cząsteczek kontrolujących aktywność genów bez zmiany podstawowego DNA.
Nowe badanie dostarcza dalszych dowodów na „epigenetyczny” proces dziedziczenia, w którym umiejętności mogą zostać przekazane następnemu pokoleniu bez udziału DNA.
Dziedziczenie epigenetyczne
W swoim artykule, starszy autor badań André Fischer, profesor w Departamencie Psychiatrii i Psychoterapii w DZNE, i jego koledzy podsumowują najnowsze dowody „niegenetycznych mechanizmów” dziedziczenia.
Mechanizmy te dotyczą pojawiającej się dziedziny epigenetyki, w której naukowcy gromadzą coraz więcej dowodów na to, że czynniki środowiskowe – takie jak styl życia i dieta – jednego pokolenia wpływają na rozwój biologiczny, zdrowie i choroby następnej generacji.
Mechanizmy epigenetyczne zmieniają ekspresję genów bez zmiany DNA. Wpływają na aktywność komórek poprzez włączanie i wyłączanie genów i na przykład zmianę wzorców produkcji białka.
Ostatnie badania sugerują, że zmiany epigenetyczne mogą być przekazywane przez plemniki. Badania, które zostały ostatnio zaprezentowane na konferencji, wykazały, że narażenie na długi okres łagodnego stresu może zmienić plemniki u samców myszy w taki sposób, że kształtuje rozwój mózgu u ich potomstwa.
Ćwiczenie i „plastyczność synaptyczna”
Prof. Fischer i współpracownicy zauważają, że ćwiczenia fizyczne w połączeniu ze szkoleniem kognitywnym – które nazywają „wzbogaceniem środowiska” – zmniejszają ryzyko różnych chorób, w tym tych, które wpływają na mózg.
W szczególności badania na szczurach i ludziach wykazały, że wzbogacanie środowiska może zwiększyć „plastyczność synaptyczną”, która decyduje o tym, jak dobrze komunikują się komórki mózgowe i jest również uznawana za biologiczną podstawę uczenia się.
Jednakże, podczas gdy badania wykazały również, że hodowanie myszy w wzbogaconych środowiskach może prowadzić do zwiększonej plastyczności synaptycznej u ich potomstwa, nie jest jasne, czy jest to również prawdą, jeśli ekspozycja występuje tylko w wieku dorosłym.
Ponadto, mechanizm, przez który dziedziczona jest zwiększona plastyczność synaptyczna, jest słabo poznany, zauważają autorzy.
Do swoich badań naukowcy wzięli dwie grupy samców myszy. Pozwoliły one jednej grupie doświadczyć wzbogacania środowiska, które obejmowały mnóstwo ćwiczeń, przez 10 tygodni, podczas gdy druga grupa pozostała w „klatkach domowych”.
Odkryli, że w porównaniu z myszami w klatkach (kontrolnymi) myszy, które doświadczyły wzbogacania środowiska wykazały „znaczny wzrost” aktywności synaptycznej w hipokampie, który jest obszarem mózgu, który jest ważny dla uczenia się.
Korzyści są przekazywane przez RNA plemników
W następnej fazie badania naukowcy wzięli dwie kolejne dorosłe samce myszy i poddali je temu samemu schematowi, z tym że po 10 tygodniach skojarzyli je z samicami w klatkach.
Wyniki zespołu ujawniły, że potomstwo samców myszy, które doświadczyło wzbogacania środowiska w wieku dorosłym, miało również zwiększoną aktywność synaptyczną hipokampa, w porównaniu z potomstwem męskich kontroli.
Autorzy zauważają, że ponieważ matki nigdy nie doświadczyły wzbogacenia środowiska, zasiłek musiał przejść przez ojców.
W dalszych eksperymentach wyekstrahowali RNA z plemników ojców i wstrzyknęli go do zapłodnionych komórek jajowych myszy.
Odkryto, że potomstwo z jaj z plemnikiem RNA myszy, które były narażone na wzbogacenie środowiska podczas dorosłości, „polepszyło plastyczność synaptyczną i zdolność uczenia się” w porównaniu z potomstwem z jajeczek z plemnikiem RNA od myszy kontrolnych.
Naukowcy doszli do wniosku, że wzbogacanie środowiska, lub bycie bardziej aktywnym fizycznie i psychicznie, w wieku dorosłym może zwiększyć zdolności poznawcze u potomstwa i że jest to przekazywane przez plemniki RNA.
Korzystając z dokładniejszych wstrzyknięć RNA, zespół starał się zidentyfikować dokładne cząsteczki RNA odpowiedzialne za dziedziczenie epigenetyczne zwiększonej zdolności uczenia się. Okazało się, że większość z nich to miRNA212 i miRNA132.
„Po raz pierwszy nasza praca w szczególny sposób łączy zjawisko epigenetyczne z pewnymi mikroRNA.”
Prof. André Fischer
