Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1041910.32607/20758251-2016-8-3-72-76ReviewsОбзорыResearch ArticleEpigenetics of Ancient DNAЭпигенетика древней ДНКZheniloS. V.ЖенилоС. В.
Russian Federation
prokhortchouk@gmail.comSokolovA. S.СоколовA. С.
Russian Federation
prokhortchouk@gmail.comProkhortchouE. B.ПрохорчукE. Б.
Russian Federation
prokhortchouk@gmail.comFederal Research Center “Fundamentals of Biotechnology”, Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН1509201683VOL 8, NO3 (2016)ТОМ 8, №3 (2016)727617012020Copyright ©; 2016, Zhenilo S.V., Sokolov A.S., Prokhortchou E.B.Copyright ©; 2016, Женило С.В., Соколов A.С., Прохорчук E.Б.2016Zhenilo S.V., Sokolov A.S., Prokhortchou E.B.Женило С.В., Соколов A.С., Прохорчук E.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10419

Initially, the study of DNA isolated from ancient specimens had been based on the analysis of the primary nucleotide sequence. This approach has allowed researchers to study the evolutionary changes that occur in different populations and determine the influence of the environment on genetic selection. However, the improvement of methodological approaches to genome-wide analysis has opened up new possibilities in the search for the epigenetic mechanisms involved in the regulation of gene expression. It was discovered recently that the methylation status of the regulatory elements of the HOXD cluster and MEIS1 gene changed during human evolution. Epigenetic changes in these genes played a key role in the evolution of the limbs of modern humans. Recent works have demonstrated that it is possible to determine the transcriptional activity of genes in ancient DNA samples by combining information on DNA methylation and the DNAaseI hypersensitive sequences located at the transcription start sites of genes. In the nearest future, if a preserved fossils brain is found, it will be possible to identify the evolutionary changes in the higher nervous system associated with epigenetic differences.

Изначально работа с древней ДНК была основана на анализе ее нуклеотидной последовательности. Этот подход позволяет изучать эволюционные изменения, происходящие в различных популяциях, определять влияние окружающей среды на генетический отбор. Однако усовершенствование методических подходов к проведению полногеномного анализа открыло новые возможности изучения эпигенетических механизмов, вовлеченных в регуляцию экспрессии генов. Один из наиболее ярких примеров влияния эпигенетических модификаций на эволюцию человека - изменение статуса метилирования регуляторных последовательностей целого ряда генов кластера HOXD и гена MEIS1. Эпигенетические изменения в этих генах играют ключевую роль в эволюции конечностей современного человека. Последние работы показали возможность определения транскрипционной активности генов в образцах древней ДНК путем комбинирования информации о метилировании ДНК и о наличии гиперчувствительных к ДНКазе I участков в последовательностях, расположенных в стартах транскрипции генов. В дальнейшем при нахождении хорошо сохранившихся тканей появляется перспектива обнаружения эволюционных изменений, связанных с эпигенетическими различиями в высшей нервной деятельности современного и древнего человека.

epigeneticsancient DNADNA methylationдревняя ДНК, метилирование ДНК, эпигенетика[1] Gerstein M.B., Kundaje A., Hariharan M., Landt S.G., Yan K.K., Cheng C., Mu X.J., Khurana E., Rozowsky J., Alexander R. // Nature 2012, V.489, P.91-100[2] Briggs A.W., Stenzel U., Meyer M., Krause J., Kircher M., Paabo S. // Nucleic Acids Research 2010, V.38, P.e87[3] Llamas B., Holland M.L., Chen K., Cropley J.E., Cooper A., Suter C.M. // PLoS One. 2012, V.7, e30226[4] Gokhman D., Lavi E., Prufer K., Fraga M.F., Riancho J.A., Kelso J., Paabo S., Meshorer E., Carmel L. // Science. 2014, V.344, P.523-527[5] Pedersen J.S., Valen E., Velazquez A.M., Parker B.J., Rasmussen M., Lindgreen S., Lilje B., Tobin D.J., Kelly T.K., Vang S. // Genome Res. 2014, V.24, P.454-466[6] Smith O., Clapham A.J., Rose P., Liu Y., Wang J., Allaby R.G. // Sci Rep. 2014, V.4, P.5559[7] Hofreiter M., Jaenicke V., Serre D., von Haeseler A., Paabo S. // Nucleic Acids Res. 2001, V.29, P.4793-4799[8] Smith R.W., Monroe C., Bolnick D.A. // PLoS One. 2015, V.10, e0125344[9] Zakany J., Duboule D. // Curr. Opin. Genet. Dev. 2007, V.17, P.359-366[10] Hansen K.D., Timp W., Bravo H.C., Sabunciyan S., Langmead B., McDonald O.G., Wen B., Wu H., Liu Y., Diep D. // Nat. Genet. 2011, V.43, P.768-775[11] Berman B.P., Weisenberger D.J., Aman J.F., Hinoue T., Ramjan Z., Liu Y., Noushmehr H., Lange C.P., van Dijk C.M., Tollenaar R.A. // Nat. Genet. 2012, V.44, P.40-46[12] Xie W., Schultz M.D., Lister R., Hou Z., Rajagopal N., Ray P., Whitaker J.W., Tian S., Hawkins R.D., Leung D. // Cell. 2013, V.153, P.1134-1148[13] Nakamura R., Tsukahara T., Qu W., Ichikawa K., Otsuka T., Ogoshi K., Saito T.L., Matsushima K., Sugano S., Hashimoto S. // Development. 2014, V.141, P.2568-2580[14] Jeong M., Sun D., Luo M., Huang Y., Challen G.A., Rodriguez B., Zhang X., Chavez L., Wang H., Hannah R. // Nat. Genet. 2014, V.46, P.17-23[15] Abu-Remaileh M., Bender S., Raddatz G., Ansari I., Cohen D., Gutekunst J., Musch T., Linhart H., Breiling A., Pikarsky E. // Cancer Research 2015, V.75(10), P.2120-2130[16] Kader F., Ghai M. // Forensic Sci. Int. 2015, V.249, P.255-265[17] Seguin-Orlando A., Gamba C., Sarkissian C.D., Ermini L., Louvel G., Boulygina E., Sokolov A., Nedoluzhko A., Lorenzen E.D., Lopez P. // Sci. Repts. 2015, 11826[18] Hendrich B., Bird A. // Mol. Cell Biol. 1998, V.18, P.6538-6547[19] Welker F., Collins M.J., Thomas J.A., Wadsley M., Brace S., Cappellini E., Turvey S.T., Reguero M., Gelfo J.N., Kramarz A. // Nature 2015, V.522, P.81-84[20] Lobzin V.V., Chechetkin V.R. // Physics-Uspekhi. 2000, V.43, P.55-78[21] Crawford G.E., Holt I.E., Whittle J., Webb B.D., Tai D., Davis S., Margulies E.H., Chen Y., Bernat J.A., Ginsburg D. // Genome Res. 2006, V.16, P.123-131[22] Kharlamova A., Kurtova A., Chernikov V., Protopopov A., Boeskorov G., Plotnikov V., Ushakov V., Maschenko E. // Quaternary International. 2016, P.86-93[23] Zeng J., Konopka G., Hunt B.G., Preuss T.M., Geschwind D., Yi S.V. // Am. J. Hum. Genet. 2012, V.91, P.455-465[24] Chopra P., Papale L.A., White A.T., Hatch A., Brown R.M., Garthwaite M.A., Roseboom P.H., Golos T.G., Warren S.T., Alisch R.S. // BMC Genomics. 2014, V.15, P.131