Mechanism and dynamics of transgenerational epigenetic memory in Caenorhabditis elegans

Abstract

Desde Darwin y Lamarck, a los biólogos les ha intrigado la posibilidad de que rasgos adquiridos debido al ambiente pudieran ser heredados. Se han descrito muchos ejemplos de este tipo debidos a perturbaciones del ambiente y transmitidos durante generaciones en numerosas especies, aunque por el momento no se conoce su regulación a nivel molecular. Usando C. elegans como modelo demostramos que el aumento de la expresión de un transgén artificial en células somáticas inducido por altas temperaturas es conservado durante múltiples generaciones. Esta memoria epigenética está regulada por la transmisión entre generaciones de dos memorias epigenéticas: el principal regulador de los niveles de expresión en la siguiente generación es la transmisión en cis de la modificación de la histona H3K9me3, mientras que los represores RNA pequeños (dsRNA) se heredan en trans y actúan de mediadores en la restitución del estado reprimido de la cromatina. Además, la puesta a cero epigenética es reforzada por la comunicación desde células somáticas a germinales regulada por el canal de dsRNA SID-1. También demostramos finalmente que un estrés en la replicación del DNA durante el desarrollo embrionario interfiere con la transmisión epigenética del estado reprimido de la cromatina. Estos resultados contribuyen a aumentar el conocimiento que tenemos de la herencia epigenética y la posible puesta a cero de los rasgos adquiridos debidos a cambios en el ambiente.

Since Darwin and Lamarck, biologists have been intrigued by the possibility of the inheritance of environmentally-acquired traits. Examples of inter-generational transmission of traits induced by an environmental perturbation have been reported in multiple species, but the molecular mechanisms governing these responses remain obscure. Using C. elegans as a model system we demonstrate that high temperature-induced increase in expression from a somatically expressed transgene array persists for multiple generations. This epigenetic memory is governed by transgenerational transmission of two conflicting epigenetic memories: H3K9me3 histone marks are inherited in cis and act as the major determinant of expression levels in the next generation, whereas repressive small RNAs are inherited in trans and mediate restoration of the repressed state. In addition, epigenetic resetting is reinforced by soma to germline communication mediated by the dsRNA channel SID-1. Finally, we discovered that replication stress during early embryonic development interferes with epigenetic inheritance of a repressed state. These findings contribute to our understanding of the epigenetic inheritance and eventual resetting of environmentally acquired traits.