Research Abstract

線虫において環境ストレスにより誘導される生存優位性は生殖細胞・体細胞組織間コミュニケーションを介して世代を越えて継承される ブックマーク

Environmental stresses induce transgenerationally inheritable survival advantages via germline-to-soma communication in Caenorhabditis elegans

2017年1月9日 Nature Communications 8 : 14031 doi: 10.1038/ncomms14031 (2017)
線虫において環境ストレスにより誘導される生存優位性は生殖細胞・体細胞組織間コミュニケーションを介して世代を越えて継承される
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ホルミシスは、低レベルの毒物や有害条件への暴露が生体の生存力を高めるという生物学的現象である。したがって、それは有害な環境刺激に対する適応反応の有益な側面といえる。今回我々は、線虫Caenorhabditis elegansの親世代で誘導されたホルミシス効果が子孫へ受け継がれることを明らかにした。発生段階でさまざまな環境ストレスを受けた線虫は、酸化ストレスおよびタンパク質毒性に対する高い耐性を示した。その高い耐性は、エピジェネティックな変化を介して、ストレスのない条件で成長した次世代へ受け継がれた。分析の結果、親の体細胞組織においてインスリン/インスリン様成長因子(IGF)シグナル伝達エフェクターDAF-16/FOXOおよび熱ショック因子HSF-1がエピジェネティックな記憶を形成させ、それが、生殖細胞系のヒストンH3リジン4トリメチラーゼ複合体を介して、世代を越えて維持されることがわかった。記憶の顕在化には、体細胞組織の転写因子SKN-1/Nrfが必要である。獲得形質の次世代への継承には、世代を越えた生殖細胞・体細胞間コミュニケーションが重要な枠組みとなっており、それが環境の変動に対処する生存優位性を子孫に与えているのではないかと考えられる。

Saya Kishimoto, Masaharu Uno, Emiko Okabe, Masanori Nono and Eisuke Nishida

Corresponding Authors

宇野 雅晴
京都大学大学院 生命科学研究科 多細胞体構築学講座

西田 栄介
京都大学大学院 生命科学研究科多細胞体構築学講座

Hormesis is a biological phenomenon, whereby exposure to low levels of toxic agents or conditions increases organismal viability. It thus represents a beneficial aspect of adaptive responses to harmful environmental stimuli. Here we show that hormesis effects induced in the parental generation can be passed on to the descendants in Caenorhabditis elegans. Animals subjected to various stressors during developmental stages exhibit increased resistance to oxidative stress and proteotoxicity. The increased resistance is transmitted to the subsequent generations grown under unstressed conditions through epigenetic alterations. Our analysis reveal that the insulin/insulin-like growth factor (IGF) signalling effector DAF-16/FOXO and the heat-shock factor HSF-1 in the parental somatic cells mediate the formation of epigenetic memory, which is maintained through the histone H3 lysine 4 trimethylase complex in the germline across generations. The elicitation of memory requires the transcription factor SKN-1/Nrf in somatic tissues. We propose that germ-to-soma communication across generations is an essential framework for the transgenerational inheritance of acquired traits, which provides the offspring with survival advantages to deal with environmental perturbation.

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