Konsorcjum badawcze kierowane przez naukowców z Instytutu Badań nad Zoologią i Dziką Przyrodą im. Leibniza (Leibniz-IZW) dostarczyło dowodów na to, że zachowania społeczne i status społeczny znajdują odzwierciedlenie na poziomie molekularnym aktywacji genów (epigenomu) u młodych i dorosłych wolno żyjących hien cętkowanych. Przeanalizowali pobrane nieinwazyjnie próbki nabłonka jelit od samic hien o wysokiej i niskiej randze i wykazali, że różnice w rangach są powiązane z epigenetycznymi cechami nierówności społecznych, tj. wzorcem aktywacji lub wyłączania genów regulujących ważne procesy fizjologiczne. takie jak konwersja energii i odpowiedź immunologiczna w kilku regionach genomu. Wyniki opublikowano w czasopiśmie naukowym Biologia komunikacjiprzyczyniają się do lepszego zrozumienia roli mechanizmów epigenetycznych w wzajemnym oddziaływaniu czynników społecznych, środowiskowych i fizjologicznych w życiu wysoce uspołecznionego ssaka.

U ssaków zachowanie społeczne i status społeczny mogą znacząco wpływać na przeżycie, zdolność reprodukcyjną i zdrowie osobników. Jednakże nie jest jeszcze w pełni poznane, w jaki sposób przełożenie czynników społecznych i środowiskowych na fizjologię organizmu znajduje odzwierciedlenie w procesach molekularnych. Teraz naukowcy z Katedry Genetyki Ewolucyjnej Leibniz-IZW i projektu Serengeti Hyena w Departamencie Dynamiki Ekologicznej Leibniz-IZW odkryli, że status społeczny wpływa na wzorce epigenetyczne, a dokładniej na metylację DNA zarówno u młodych, jak i dorosłych samic hien cętkowanych (Krokuty Krokuty), która warunkuje aktywację genów. Przeanalizowali DNA komórek nabłonka jelit 18 dorosłych samic hien i 24 młodych o znanym statusie społecznym z trzech klanów z Parku Narodowego Serengeti w Tanzanii. Naukowcy zidentyfikowali i zweryfikowali 149 regionów genomu, w których osobniki o wysokiej i niskiej randze różniły się pod względem metylacji DNA (regiony różnicowo metylowane, DMR). „Po raz pierwszy mogliśmy dostarczyć dowodów na epigenetyczne sygnatury nierówności społecznych zarówno u młodych, jak i dorosłych hien cętkowanych” – mówi dr Alexandra Weyrich, kierownik grupy roboczej „Wildlife Epigenetics” w Zakładzie Genetyki Ewolucyjnej Leibniz-IZW i starszy autor artykułu.

Odkrycia pokazują, że te sygnatury epigenetyczne są stabilne na wszystkich etapach życia i że są powiązane z ważnymi procesami fizjologicznymi: wiele zidentyfikowanych DMR bierze udział w regulacji konwersji energii, odpowiedzi immunologicznej, sygnalizacji receptora glutaminianu i transportu jonów. „Naszą uwagę przykuła zwłaszcza duża liczba DMR w genach zaangażowanych w konwersję energii”, mówi pierwszy autor Colin Vullioud, analityk danych w grupie roboczej Weyricha. Współautorka, dr Sarah Benhaiem, współkierująca projektem Serengeti Hyena, wyjaśnia: „Podejrzewamy, że może to wynikać z różnic w zachowaniu, a w szczególności z częstszego korzystania z długodystansowych wypraw w poszukiwaniu pożywienia przez samice o niższej niż o wysokiej randze – ci ostatni monopolizujący zasoby na terytorium swojego klanu.” Co ciekawe, geny te były bardziej metylowane (lub hipermetylowane) u dorosłych samic niższej rangi, ale nie u młodych. Może to wskazywać na przystosowanie się dorosłych samic niskiej rangi do wyższych kosztów energetycznych częstych dojazdów do pracy na duże odległości, czego młode nie wykazują. „Chociaż dokładne fizjologiczne konsekwencje obserwowanej hipermetylacji wymagają jeszcze zbadania, odkrycia te są zgodne z naszymi obserwacjami i wskazują na poszukiwane brakujące powiązanie między czynnikami społecznymi i fizjologicznymi”, podsumowują Weyrich i Benhaiem.

Analizy opierały się na wiedzy z zakresu epigenetyki Leibniza-IZW, a także na długotrwałych badaniach nad hienami cętkowanymi w Serengeti, które rozpoczęły się w 1987 r. Samice biorące udział w tym badaniu są znane indywidualnie, a ich status społeczny został prześledzony pod kątem pokolenia. Zapewniło to idealne warunki do badania powiązań między zachowaniem, czynnikami fizjologicznymi, modyfikacjami epigenetycznymi i przystosowaniem pod względem przetrwania i reprodukcji w dzikiej populacji. „Zebraliśmy próbki, nie naruszając życia hien” – mówią dr Marion L. East i profesor dr Heribert Hofer, założyciele projektu dotyczącego hien Serengeti i współautorzy artykułu. „Podążaliśmy za naszymi badanymi zwierzętami, zbieraliśmy superświeże odchody natychmiast po ich wytworzeniu i konserwowaliśmy próbki nabłonka jelitowego z powierzchni kału”. Autorzy przypuszczają, że wykorzystanie próbek pobranych w sposób nieinwazyjny jest jedną z mocnych stron badania. „Zastosowana przez nas metoda metylacji wychwytu wzbogaca metylowany DNA, a także DNA ssaków, co poprawia ilość DNA hieny w porównaniu z DNA bakterii i jakość danych sekwencjonowania” – wyjaśnia Weyrich.

Metylacja DNA to chemiczna modyfikacja podstawowych elementów składowych materiału genetycznego komórki. Modyfikacja ta jest możliwa poprzez przeniesienie grup metylowych do zasad nukleinowych w określonych pozycjach DNA. Ponieważ podstawowa struktura odpowiedniej zasady nukleinowej pozostaje niezmieniona, metylacja DNA nie jest mutacją genetyczną, ale modyfikacją, która określa, czy ta część DNA jest „wykorzystywana” (aktywowana), czy wyłączona. Metylacja DNA jest najważniejszą modyfikacją epigenetyczną, a zatem kluczową częścią udostępniania informacji genetycznej procesom fizjologicznym zachodzącym w komórce.

Hieny cętkowane są wysoce społeczne i stanowią wzór dla różnic w cechach historii życia związanych ze statusem społecznym, którym towarzyszą różnice w procesach fizjologicznych i zdrowiu. W klanach hien kobiety i ich potomstwo społecznie dominują nad wszystkimi imigrantami płci męskiej, a status społeczny jest behawioralnie „dziedziczony” przez młode od matek, które uzyskują przywileje związane ze statusem społecznym matki. „Podobnie jak w przypadku niektórych gatunków naczelnych, młode hieny otrzymują wsparcie społeczne od swoich matek podczas interakcji z członkami grupy. Z nich dowiadują się, że mogą dominować nad wszystkimi osobnikami, które są uległe matce, ale muszą podporządkować się tym, którym jest uległa ich matka” – wyjaśnia East. Dlatego status społeczny jest stabilny i przewidywalny, ponieważ determinują go relacje rodzinne i konwencje behawioralne.

„Ponadto wpływ statusu społecznego na przebieg życia i zdrowie jest zwykle przekazywany z pokolenia na pokolenie” – dodaje Hofer. Na przykład kobiety o wysokiej randze mają priorytetowy dostęp do zasobów na terytorium klanu i nie muszą dojeżdżać tak często, jak kobiety o niższej randze, aby znaleźć pożywienie. Dlatego też znacznie częściej przebywają w wspólnej norze i częściej karmią swoje potomstwo. Młode zależne od mleka czerpią nieproporcjonalne korzyści na tym wczesnym etapie życia – rosną szybciej, mają większe szanse na dożycie dorosłości i rozpoczęcie reprodukcji we wcześniejszym wieku niż potomstwo samic niższej rangi.