Эпигеном пятнистых гиен зависит от их социального статуса

Исследователи из Германии, Канады и Китая изучили, как меняется характер метилирования ДНК у диких социальных млекопитающих в зависимости от их положения в группе. Пятнистые гиены Crocuta crocuta формируют кланы, где самки и их потомство доминируют над самцами, присоединившимся к группе во время спаривания. При этом особи женского пола различаются по уровню авторитета и занимают свой «ранг» в строгой иерархии клана. Таким образом возникает неравенство в размножении и выживании самок.

Эпигенетические факторы, в частности, присоединение метильных групп к нуклеотидам ДНК или ацетильных к белкам-гистонам, изменяют экспрессию генов. Известно, что на эпигенетическую регуляцию, в том числе на метилирование ДНК, влияют условия среды. Социальное окружение является одним из компонентов среды, следовательно, может воздействовать на эпигеном организмов, что было ранее обнаружено у бабуинов и макак.

Исследователи наблюдали за пятнистыми гиенами Crocuta crocuta, обитающими на территории национального парка Серенгети в Танзании. Место в иерархии взрослых самок (старше двух лет) определили с учетом их взаимодействия с другими самками клана; детенышам женского пола присвоили ранг матери. Всего в анализ включили данные 18 высокоранговых самок (9 взрослых гиен и 9 детенышей) и 24 низкоранговых (9 взрослых особей, 15 детенышей). Для каждой гиены собрали образцы кала, с поверхности которых отделили клетки слизистой кишечника. ДНК кишечных клеток секвенировали, причем захватывали для чтения метилированные участки с помощью белка MBD2 (MBD-Seq). Этот подход в том числе решал проблему контаминации, поскольку бактериальная ДНК не метилируется по CG-сайтам и не захватывается. Среди преимуществ метода авторы отмечают безопасный для диких животных сбор биоматериала и возможность получать эпигеном клеток кишечника.

В кланах пятнистых гиен социальный статус самок влияет на доступ к ресурсам и необходимость дальних переходов для поиска пищи, а также на показатели здоровья животного, в частности, иммунной и репродуктивной функции, и на вероятность выживания в целом.

Ученые выявили 149 областей ДНК, метилирование которых зависело от социального статуса как у взрослых самок, так и у детенышей пятнистых гиен. Сопоставление с аннотированными генами Национального центра биотехнологической информации США и недавно полученным референсным геномом C. crocuta показало, что 42 дифференциально метилированных участка (где метилирование различалось в зависимости от ранга) находились в кодирующей последовательности или промоторе как минимум одного гена, а 137 — в межгенных участках. У низкоранговых особей чаще встречалось гиперметилирование, чем гипометилирование. (Гиперметилирование обычно связано с подавлением активности гена.)

Дифференциально метилированные гены оказались вовлечены в процессы преобразования энергии, иммунитета, передачи сигналов от глутаматных рецепторов и ионного транспорта, но не стресса. Многие гены энергетического обмена, в частности, ядерные EPHA6, RAPGAP1L, митохондриальные гены субъединиц NADH-дегидрогеназы ND1, ND2, ND4 и ND5, гиперметилированы у низкоранговых взрослых самок по сравнению с занимающими более высокую позицию в иерархии. Однако для детенышей выявили обратный характер метилирования. Эти факты, по мнению исследователей, указывали на адаптацию старших особей к большим энергетическим затратам из-за поиска еды за пределами территории клана, что не характерно для малышей. Самки низкого ранга проводят меньше времени на территории клана и больше мигрируют на дальние расстояния в поисках еды.

Социальный статус гиен повлиял на метилирование генов иммунного ответа EPHA6, SEC24D, LIG1 и ST8SIA6 в эпителиальных клетках кишечника, которые, как известно, выполняют барьерную функцию. Это подтверждает полученные раннее данные о большей устойчивости молодых доминирующих самок к паразитарным и другим инфекциям.

Гены сигнального пути рецептора глутамата, включая GRIK1, GRID2, PLCB1 и TRPC3, также подвергались активному метилированию у низкоранговых самок C. crocuta, что могло модулировать взаимодействие кишечника с мозгом. Высокометилированные гены у гиен с невысоким социальным статусом кодировали белки, связанные с транспортом ионов, —GPR39, TRPC3 и трансмембраный белок TMEM63A.

Помимо ядерной ДНК, дифференциальное метилирование затронуло промоторы митохондриальных генов; авторы отмечают, что это необычный результат. Надо отметить, что подобный  результат мог быть получен из-за повышенного содержания митохондрий в клетках кишечника низкоранговых самок. Но если это так, это тоже говорит о различиях в энергетическом обмене.

Таким образом, самки пятнистых гиен с малых лет четко различаются по профилям метилирования в зависимости от положения в клане. Их эпигеном чувствителен не только к особенностям физиологии, но и к поведению животного, которое зависит от ранга и влияет на качество жизни.

Авторы работы надеются, что установленные ими биомаркеры социального статуса найдут применения в мониторинге диких популяций пятнистых гиен и, возможно, других социальных млекопитающих. Их можно использовать для установления социального статуса отдельных особей, включая сбитых машинами на дорогах.