母性効果

母性効果とは、生物の表現型が、その生物が経験する環境やその遺伝子型だけでなく、母親の環境や遺伝子型によっても決定される状況である。遺伝学では、母性効果は、生物が自身の遺伝子型に関係なく、母親の遺伝子型から予想される表現型を示す場合に発生し、これは母親が卵子にメッセンジャーRNAまたはタンパク質を供給することによることが多い。母性効果は、遺伝子型とは関係なく、母親の環境によって引き起こされる場合もあり、子孫のサイズ、性別、または行動を制御することがある。これらの適応的な母性効果は、子孫の表現型をもたらし、その適応度を高めます。さらに、これは重要な進化論的概念である表現型の可塑性の概念を導入するものである。母性効果は、環境の異質性に対する適応応答の進化に重要であると提案されている。

遺伝学では、生物の表現型が母親の遺伝子型によって決定される場合、母性効果が発生します。^[1]たとえば、突然変異が母性効果劣性である場合、突然変異のホモ接合体の雌は表現型的には正常に見えるかもしれませんが、その子孫は、突然変異のヘテロ接合体であっても、突然変異表現型を示します。

母性効果は、母親が特定のmRNAまたはタンパク質を卵母細胞に供給することで発生することが多く、そのため母性ゲノムがその分子が機能するかどうかを決定します。多くの生物では、胚は最初は転写的に不活性であるため、初期胚への母性mRNAの供給は重要です。^[2]母性効果変異の遺伝パターンのため、それらを特定するには特別な遺伝子スクリーニングが必要です。通常、これらのスクリーニングでは、従来の（接合子）スクリーニングよりも1世代後の生物の表現型を調べます。母親は、発生する母性効果変異に対してホモ接合性である可能性があるためです。^{[3] [4]}

キイロショウジョウバエの 卵母細胞は卵室内でナース細胞と呼ばれる細胞群と密接に関連しながら発達する。卵母細胞とナース細胞はともに単一の生殖系列幹細胞から派生したものであるが、これらの細胞分裂では細胞質分裂は不完全であり、ナース細胞と卵母細胞の細胞質はリング管と呼ばれる構造によってつながっている。^[5]卵母細胞のみが減数分裂を起こし、次世代に DNAを提供する。

bicoid、dorsal、gurken、oskarなど、軸決定などの胚発生の初期段階に影響を及ぼす母性効果ショウジョウバエの変異体が多数発見されている。^{[6] [7] [8]}例えば、ホモ接合体のbicoidの母親から生まれた胚は、頭部と胸部の構造を形成できない。

bicoid変異体で破壊された遺伝子が特定されると、 bicoid mRNAはナース細胞で転写され、その後卵母細胞に再局在化することが示されました。 ^[9]その他の母性効果変異体は、ナース細胞で同様に生成され卵母細胞で作用する産物、またはこの再局在化に必要な輸送機構の一部に影響を与えます。^[10]これらの遺伝子は（母性の）ナース細胞で発現し、卵母細胞や受精胚では発現しないため、母性の遺伝子型によって機能するかどうかが決まります。

母性効果遺伝子^[11]は、卵形成中に母親によって発現され（受精前に発現）、卵子の前後および背腹極性を形成します。卵子の前端は頭になり、後端は尾になります。背側は上に、腹側は下になります。母性効果遺伝子の産物である母性mRNAは、ナース細胞と卵胞細胞によって生成され、卵細胞（卵母細胞）に蓄積されます。発生プロセスの開始時に、卵母細胞内で前後軸と背腹軸に沿ってmRNA勾配が形成されます。

パターン形成に関与する母性遺伝子は約 30 個特定されています。特に、4 つの母性効果遺伝子の産物は、前後軸の形成に重要です。2 つの母性効果遺伝子の産物である bicoid と hunchback は前部構造の形成を制御し、もう 1 つのペアである nanos と caudal は、胚の後部の形成を制御するタンパク質を指定します。

bicoid、hunchback、caudal、nanos の 4 つの遺伝子すべての転写産物は、ナース細胞と卵胞細胞によって合成され、卵母細胞に輸送されます。

鳥類では、母親が卵子にホルモンを注入し、それが子孫の成長や行動に影響を与える可能性がある。家畜のカナリアを使った実験では、卵黄アンドロゲンを多く含む卵子は、より社会的優位性を示す雛に成長することが明らかになった。アメリカオオバンなどの鳥類でも卵黄アンドロゲン濃度の同様の変動が見られるが、その影響のメカニズムはまだ解明されていない。^[12]

2015年、肥満理論家エドワード・アーチャーは「非遺伝的進化の結果としての小児肥満の流行：母性資源仮説」と、人間の肥満と健康に対する母性の影響に関する一連の研究を発表しました。^{[13] [14] [15] [16]}この一連の研究で、アーチャーは、母系の栄養代謝の非遺伝的進化を介した母性の影響の蓄積が、肥満と2型糖尿病の世界的な有病率の増加の原因であると主張しました。アーチャーは、母親の代謝制御の低下が胎児の膵臓ベータ細​​胞、脂肪細胞、および筋細胞（筋肉細胞）の発達を変え、それによって栄養エネルギーの獲得と隔離において脂肪細胞の永続的な競争上の優位性を誘発すると仮定しました。

母植物が受ける光、温度、土壌水分、栄養素などの環境要因は、同じ遺伝子型であっても種子の品質に変化をもたらす可能性があります。したがって、母植物は種子の大きさ、発芽率、生存率などの種子特性に大きな影響を与えます。^[17]

母親の環境や状態も、状況によっては、子孫の遺伝子型とは無関係に、子孫の表現型に影響を及ぼすことがあります。

対照的に、父性効果は、表現型が個体の遺伝子型ではなく、父親の遺伝子型から生じる場合です。^[18]これらの効果の原因となる遺伝子は、受精と初期発達に関与する精子の成分です。 ^{[19]父性効果遺伝子の例としては、}ショウジョウバエのms(3)sneakyがあります。この遺伝子の変異対立遺伝子を持つ雄は、卵子を受精できる精子を生成しますが、sneakyによって受精した卵子は正常に発育しません。しかし、この変異を持つ雌は、受精すると正常に発育する卵子を生成します。^[20]

適応的母性効果は、子孫の表現型の変化を引き起こし、その結果、適応度が高まります。^[21]これらの変化は、子孫の適応度を低下させる環境の合図を母親が感知し、子孫を将来の環境に「備える」ような方法で反応することで生じます。「適応的母性効果」表現型の重要な特徴は、その可塑性です。表現型の可塑性により、生物は表現型を変更することでさまざまな環境に反応できるようになります。これらの「変更された」表現型が適応度を高めるため、適応的母性効果が進化し、環境に対する重要な表現型の適応となる可能性を検討することが重要になります。

形質が母親の環境または母親の表現型のいずれかによって影響を受ける場合、それは母親の影響によって影響を受けると言われます。母親の影響は、DNA以外の経路を通じて子孫の表現型を変更するように働きます。^[22] 適応的な母親の影響とは、これらの母親の影響が子孫の適応度を高める表現型の変化につながる場合です。^[23]一般的に、適応的な母親の影響は、子孫の適応度を低下させる要因に対処するためのメカニズムです。^[24]また、環境固有のものです。

母性的な母性効果と適応的な母性効果を区別することが難しい場合があります。次のことを考えてみてください。クリガではなくブラックオークの葉で育ったマイマイガの子孫はより早く成長しました。^[25]これは母性的な母性効果であり、適応的な母性効果ではありません。適応的な母性効果であるためには、母親の環境が子孫の食習慣や行動の変化をもたらさなければなりません。^[25]したがって、この2つの主な違いは、適応的な母性効果は環境に特有であるということです。生じる表現型は、子孫の適応度を低下させる環境を母親が感知したことに対する反応です。この環境を考慮することで、母親は表現型を変更して実際に子孫の適応度を高めることができます。母性効果は環境の合図に対する反応ではなく、さらに子孫の適応度を高める可能性を秘めていますが、そうでない可能性もあります。

これらの「変化した」表現型が進化する可能性を見ると、多くの要因と手がかりが関係しています。適応的な母親の影響は、子孫が多くの潜在的な環境に直面できる場合、母親が子孫が生まれる環境を「予測」できる場合、母親が子孫の表現型に影響を与えて適応度を高めることができる場合にのみ進化します。^[25]これらの要因をすべて合計すると、これらの「変化した」形質が進化に有利になる可能性があります。

適応的な母性効果から生じる表現型の変化は、母親が環境の特定の側面が子孫の生存率を低下させる可能性があることを感知した結果です。手がかりを感知すると、母親は発達中の子孫に情報を「中継」し、適応的な母性効果を引き起こします。これにより、子孫は経験する可能性のある環境に「備え」ているため、より高い適応度を持つ傾向があります。^[24]これらの手がかりには、捕食者、生息地、高い人口密度、および食物の入手可能性への反応が含まれます^{[26] [27] [28]}

北アメリカのアカリスの体が大きくなったことは、適応的母性効果が表現型を生み、適応度が増した好例である。適応的母性効果は、母親が個体密度の高さを感知し、それを個体あたりの食料の少なさに関連付けることで誘発された。母親の子孫は平均して同種の他のリスよりも大きく、成長も早かった。最終的に、この個体密度の高い時期に生まれたリスは、最初の冬に生存率（したがって適応度）が上昇した。^[26]

表現型に起こり得る変化の種類を分析すると、行動的、形態学的、生理学的な変化が見られます。適応的な母性効果を通じて生じる表現型の特徴は、この表現型の可塑性です。表現型の可塑性により、生物はさまざまな環境に表現型を適応させることができ、それによって変化する環境条件への適応性が向上します。^[24]最終的には、生物や集団が短期的な環境変化に適応する能力の重要な属性です。^{[29] [30]}

表現型の可塑性は多くの生物に見られるが、この概念を例証する種として、タネ虫のStator limbatusがある。このタネ虫はさまざまな宿主植物で繁殖するが、最も一般的な宿主植物としては、 Cercidium floridumとAcacia greggiiの 2 つがある。C . floridumが宿主植物の場合、卵のサイズは大きくなるように選択され、A. greggiiが宿主植物の場合、卵のサイズは小さくなるように選択される。ある実験では、通常A. greggiiに卵を産むカブトムシをC. floridumに移すと、産まれた卵の生存率は、 C. florium宿主植物に馴染んで残ったカブトムシが産んだ卵よりも低かった。最終的に、これらの実験は、カブトムシの卵の大きさの可塑性と、母親の環境が子孫の生存率に与える影響を示した。^[27]

多くの昆虫では：

• 急激な気温の低下や日照時間の減少などの刺激により、子孫は休眠状態に入る可能性があります。これにより、子孫は気温の低下に耐え、エネルギーを節約できるようになります。^[31]
• 親が栄養分の少ない環境で卵を産まざるを得ない場合、子孫は卵のサイズが大きくなることで、より多くの栄養素などの資源を与えられることになる。^[27]
• 劣悪な生息地や混雑などの要因により、子孫は翼を持つようになる。翼があれば、子孫は劣悪な環境からよりよい資源のある環境へと移動することができる。^[31]

適応的母性効果に関連するのがエピジェネティック効果です。エピジェネティクスは、 DNA 変異で見られるような DNA 配列の変化ではなく、クロマチンの修正によって生じる遺伝子発現の長期的な変化を研究する分野です。この「変化」とは、 DNA メチル化、ヒストンのアセチル化、または非コード RNAと DNA の相互作用を指します。DNA メチル化とは、DNA にメチル基が追加されることです。哺乳類で DNA がメチル化されると、その場所の遺伝子の転写が抑制されるか、完全にオフになります。DNA メチル化の誘導は、母性環境に大きく影響されます。母性環境によっては、子孫の DNA のメチル化が高くなる場合もあれば、メチル化が低くなる場合もあります。[22] ^{[出典が必要]}メチル化が母性環境の影響を受ける可能性があるという事実は、適応的母性効果に似ています。メチル化によって子孫の適応度が向上することが多いという事実からも、さらなる類似点が見られます。さらに、エピジェネティクスは、一種の細胞記憶を作り出すヒストン修飾または非コードRNAを指すこともあります。細胞記憶とは、複製中に非遺伝情報を娘細胞に渡す細胞の能力を指します。たとえば、分化後、肝細胞は脳細胞とは異なる機能を実行します。細胞記憶により、これらの細胞は複製後に実行することになっている機能を「記憶」できます。これらのエピジェネティックな変化の一部は将来の世代に受け継がれますが、他の変化は特定の個人の生涯内で元に戻すことができます。これにより、同一のDNAを持つ個人が特定の慢性疾患に対する感受性が異なる理由を説明できます。

現在、研究者たちは、妊娠中の母親の食事と、それが子孫のその後の人生における慢性疾患の感受性に与える影響との相関関係を調べています。胎児プログラミング仮説は、胎児の発達の重要な期間における環境刺激が身体構造と健康に生涯にわたる影響を及ぼし、ある意味では子孫が生まれる環境に備えるものであるという考えを強調しています。これらの変動の多くは、ストレス、食事、妊娠糖尿病、タバコやアルコールへの曝露など、母親の環境によって引き起こされるエピジェネティックなメカニズムによるものと考えられています。これらの要因は、肥満や心血管疾患、神経管欠損、がん、糖尿病などの一因となっていると考えられています。^[32]これらのエピジェネティックなメカニズムを決定するための研究は、通常、げっ歯類の実験室研究と人間の疫学的研究を通じて行われます。

母親の食事が誘発するエピジェネティックな変化に関する知識は、科学者だけでなく一般の人々にとっても重要です。母親の食事の影響が最も明らかに重要であるのは、おそらく医療分野です。米国および世界中で、がん、肥満、心臓病などの多くの非感染性疾患が流行規模に達しています。医療分野ではこれらの疾患を検出する方法に取り組んでおり、そのうちのいくつかは母親の食事の影響によるエピジェネティックな変化によって大きく引き起こされていることがわかっています。これらの疾患のゲノムマーカーが特定されると、これらの疾患の早期発症を特定し、後の人生段階で母親の食事のエピジェネティックな影響を逆転させるための研究を開始できます。エピジェネティックな影響を逆転させるには、特定の遺伝子とゲノムの変化を標的とする薬を作成するために製薬分野を活用する必要があります。これらの非感染性疾患を治療する薬の作成は、すでにこれらの病気にかかっている人の治療に使用できます。母親の食事によるエピジェネティック効果の背後にあるメカニズムに関する一般的な知識は、意識の面でも有益です。一般の人々は、妊娠中の特定の食生活のリスクを認識し、子孫に将来生じる可能性のある悪影響を抑えることができます。エピジェネティックの知識は、世界中の何十億もの人々にとって、全体的に健康的なライフスタイルにつながる可能性があります。

人間以外の種における母親の食生活の影響も関連しています。地球規模の気候変動の長期的な影響の多くは未知です。エピジェネティック メカニズムの知識は、科学者が、世界中で生態学的、経済的、文化的に重要な種に対するコミュニティ構造の変化の影響をより正確に予測するのに役立ちます。多くの生態系で種の構造が変化するため、栄養素の利用可能性も変化し、最終的には繁殖中の雌が利用できる食物の選択肢に影響します。母親の食生活の影響は、農業や養殖の慣行を改善するためにも使用できます。ブリーダーは、科学的データを活用してより持続可能な慣行を作成し、消費者だけでなく自分自身のコストも節約できる可能性があります。

妊娠中の高血糖は新生児のレプチン遺伝子にエピジェネティックな変化を引き起こし、肥満や心臓病のリスクを高める可能性があると考えられています。レプチンは脂肪細胞から放出され空腹を抑えるため、「満腹ホルモン」と呼ばれることもあります。動物モデルと人間の観察研究の両方を研究することで、周産期のレプチンの急増が肥満の長期リスクに寄与する上で重要な役割を果たしていることが示唆されています。周産期は妊娠22週で始まり、出産後1週間で終わります。[34] 母親の血糖値と新生児のレプチンレベルに相関関係があるかどうかを判断するために、レプチン遺伝子座付近のDNAメチル化が調べられました。結果は、血糖値がレプチンホルモンの生成を制御するLEP遺伝子のメチル化状態と逆相関していることを示しました。したがって、母親の血糖値が高いほど、子供のLEP遺伝子のメチル化状態が低くなります。このメチル化状態が低いと、LEP遺伝子がより頻繁に転写され、血中レプチン濃度が高くなります。^[33] 周産期の血中レプチン濃度の上昇は、おそらく妊娠中にレプチンの「正常」レベルが高かったため、成人期の肥満と関連していました。肥満は心臓病の大きな原因であるため、このレプチンの急増は肥満だけでなく心臓病とも相関しています。

子宮内での高脂肪食は、メタボリックシンドロームを引き起こすと考えられています。メタボリックシンドロームは、肥満やインスリン抵抗性など、関連していると思われる一連の症状です。この症候群は、2 型糖尿病のほか、高血圧やアテローム性動脈硬化症を伴うことがよくあります。研究者らは、マウスモデルを使用して、子宮内での高脂肪食がアディポネクチンおよびレプチン遺伝子に変化を引き起こし、遺伝子発現を変化させ、これらの変化がメタボリックシンドロームの一因となることを示しました。アディポネクチン遺伝子は、グルコース代謝と脂肪酸分解を制御しますが、正確なメカニズムは完全には解明されていません。ヒトおよびマウスの両方のモデルにおいて、アディポネクチンは、さまざまな種類の組織、特に筋肉および肝臓組織にインスリン感受性および抗炎症特性を付加することが示されています。また、アディポネクチンは、マウスにおいて脂肪酸の輸送および酸化の速度を増加させ、脂肪酸代謝の増加を引き起こすことも示されています。^[34] 妊娠中に高脂肪食を摂取すると、アディポネクチン遺伝子のプロモーターのメチル化が増加し、アセチル化が減少した。メチル化の増加とアセチル化の減少は通常転写を抑制するため、これらの変化はアディポネクチン遺伝子の転写を阻害する可能性が高い。さらに、レプチンプロモーターのメチル化が増加し、レプチン遺伝子の産生を抑制した。そのため、細胞がグルコースを取り込み脂肪を分解するのを助けるアディポネクチンが減少し、満腹感を引き起こすレプチンも減少した。これらのホルモンの減少は、動物の生涯を通じて、脂肪量の増加、耐糖能障害、高トリグリセリド血症、アディポネクチンとレプチンの異常なレベル、高血圧を引き起こした。しかし、その後3世代にわたって通常の食事を摂取すると、この影響はなくなった。この研究は、これらのエピジェネティックマークが1世代で変化する可能性があり、時間の経過とともに完全に除去される可能性もあるという事実を強調している。^[35] この研究は、マウスにおける高脂肪食とアディポネクチンおよびレプチンとの関連を強調した。対照的に、ヒトにおける高脂肪食の子宮内での特定の影響を示す研究はほとんど行われていない。しかし、ヒトにおけるアディポネクチンレベルの低下は、肥満、インスリン抵抗性、2型糖尿病、および冠動脈疾患と関連していることが示されている。マウスで説明されたものと同様のメカニズムが、ヒトのメタボリックシンドロームにも寄与している可能性があると仮定されている。^[34]

さらに、高脂肪食は胎盤、脂肪、肝臓、脳、血管系に慢性の低レベルの炎症を引き起こします。炎症は、怪我、外傷、または病気の後の身体の自然防御システムの重要な側面です。炎症反応中は、血流の増加、細胞代謝の増加、血管拡張などの一連の生理学的反応が起こり、傷ついたり感染した部分を治療します。しかし、慢性の低レベルの炎症は、心血管疾患、腎不全、老化、糖尿病などの長期的な影響と関連しています。この慢性の低レベルの炎症は、高脂肪食を摂取している肥満の人によく見られます。マウスモデルでは、高脂肪食を摂取したマウスで過剰なサイトカインが検出されました。サイトカインは免疫反応中の細胞シグナル伝達を助け、特に炎症、感染、または外傷の部位に細胞を送ります。炎症誘発性サイトカインの mRNA は、高脂肪食を摂取している母親の胎盤で誘導されました。高脂肪食は微生物組成の変化も引き起こし、子孫の結腸の過炎症反応を引き起こした。この過炎症反応は、クローン病や潰瘍性大腸炎などの炎症性腸疾患につながる可能性がある。[35] 前述のように、胎児期の高脂肪食は肥満の一因となるが、IL-6やMCP-1などの炎症誘発因子も体脂肪の蓄積に関連している。ヒストン脱アセチル化は炎症と密接に関連していると示唆されており、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を添加するとグリア細胞における炎症誘発メディエーターの発現が減少することが示されている。この炎症の減少により、神経細胞の機能と生存が改善された。この炎症は、肥満、心血管疾患、脂肪肝、脳損傷、妊娠中毒症、早産にも関連することが多い。高脂肪食は炎症を誘発し、これがこれらすべての慢性疾患の一因となることが示されているが、この炎症が食事と慢性疾患の間のメディエーターとしてどのように作用するかは不明である。^[36]

1944年から1945年のオランダ飢餓の冬後に行われた研究では、妊娠初期の栄養不足は、 60年経ってもインスリン様成長因子II（IGF2）遺伝子の低メチル化と関連していることが示されました。これらの個人のメチル化率は、飢餓中に妊娠しなかった同性のきょうだいと比較して大幅に低かった。飢餓前に妊娠し、妊娠後期に母親が栄養不足になった子供たちと比較したところ、これらの子供たちは正常なメチル化パターンを示しました。IGF2はインスリン様成長因子IIの略で、この遺伝子は人間の成長と発達に大きく貢献しています。IGF2遺伝子は母親のインプリンティングも受けており、母親の遺伝子がサイレンシングされていることを意味します。母親の遺伝子は通常、差次的メチル化領域（DMR）でメチル化されていますが、低メチル化の場合、遺伝子は両対立遺伝子発現します。したがって、メチル化状態の低い個人は、インプリンティング効果の一部を失った可能性があります。妊娠前に等カロリーのタンパク質欠乏食を与えられたラットの子孫のNr3c1およびPpara遺伝子でも同様の結果が実証されている。これはさらに、栄養不足がエピジェネティックな変化の原因であることを示唆している。驚いたことに、メチル化状態と出生体重の間には相関がなかった。これは、出生体重が妊娠中の栄養状態を判断する適切な方法ではない可能性があることを示している。この研究は、エピジェネティックな影響は曝露のタイミングによって変化し、哺乳類の発達の初期段階がエピジェネティックなマークを確立するための重要な時期であることを強調した。妊娠初期に曝露された人はメチル化が減少していたが、妊娠末期に曝露された人はメチル化レベルが比較的正常であった。^[37] 低メチル化の母親の子孫は、心血管疾患を発症する可能性が高かった。胚形成および胎児初期発達中に起こるエピジェネティックな変化は、より多くの有糸分裂を介して伝達されるため、生理学的および代謝的影響がより大きくなる。言い換えれば、より早期に起こるエピジェネティックな変化は、より多くの細胞に持続する可能性が高いのです。^[37]

別の研究では、周産期の栄養制限により子宮内発育不全(IUGR)が引き起こされ、 2 型糖尿病(DM2) の一因となることが研究者によって発見されました。IUGR とは、子宮内の胎児の発育不良を指します。膵臓では、IUGR により、β 細胞の機能と発達に重要な転写因子をコードする遺伝子のプロモーターの発現が低下しました。膵臓の β 細胞はインスリンの生成を担っており、β 細胞の活動低下は成人期の DM2 と関連しています。骨格筋では、IUGR により Glut-4 遺伝子の発現が低下しました。Glut-4 遺伝子は Glut-4 トランスポーターの生成を制御します。このトランスポーターはインスリンに特に敏感です。したがって、インスリン レベルが上昇すると、より多くの Glut-4 トランスポーターが細胞膜に運ばれ、細胞へのグルコースの取り込みが増加します。この変化は、骨格筋細胞内のヒストン修飾によって発生し、筋肉へのグルコース輸送システムの有効性が低下します。主要なグルコーストランスポーターが最適な能力を発揮していないため、これらの人は後年、エネルギーを多く含む食事を摂ることでインスリン抵抗性を発症する可能性が高く、DM2の原因となります。 ^[38]

さらなる研究では、妊娠中の高タンパク質/低炭水化物食から生じるエピジェネティックな変化が調べられています。この食事は、血圧の上昇、コルチゾール値の上昇、ストレスに対する視床下部-下垂体-副腎（HPA）系反応の亢進に関連するエピジェネティックな変化を引き起こしました。11β-ヒドロキシステロイド脱水素酵素2型（HSD2）、グルココルチコイド受容体（GR）、およびH19 ICRのメチル化の増加は、成人期の肥満および血圧と正の相関関係がありました。グルココルチコイドは、組織の発達と成熟に重要な役割を果たし、代謝にも影響を及ぼします。グルココルチコイドのGRへのアクセスは、HSD1とHSD2によって制御されています。H19は、体重と細胞増殖に制限的な影響を及ぼす長いコーディングRNA（lncRNA）のインプリント遺伝子です。したがって、H19 ICRのメチル化率が高いと転写が抑制され、lncRNAが体重を調節するのを妨げる。妊娠後期に肉/魚や野菜の摂取量が多く、パン/ジャガイモの摂取量が少なかったと報告した母親は、GRとHSD2の平均メチル化が高かった。しかし、これらのタイプの研究に共通する課題の1つは、多くのエピジェネティック修飾が組織や細胞型に特異なDNAメチル化パターンを持っていることである。したがって、末梢血などのアクセス可能な組織のエピジェネティック修飾パターンは、特定の疾患に関与する組織のエピジェネティックパターンを必ずしも表さない可能性がある。^[39]

ラットにおける強力な証拠は、新生児期のエストロゲン曝露が前立腺がんの発症に役割を果たしているという結論を裏付けています。研究者らは、ヒト胎児前立腺異種移植モデルを使用して、二次エストロゲンおよびテストステロン治療の有無によるエストロゲンへの早期曝露の影響を研究しました。異種移植モデルは、異なる種の生物間で移植された組織の移植片です。この場合、ヒト組織がラットに移植されたため、げっ歯類からヒトに外挿する必要はありませんでした。異種移植後のさまざまな時点で、組織病理学的病変、増殖、および血清ホルモンレベルを測定した。200日目に、2回のエストロゲン治療に曝露された異種移植片で最も重篤な変化が見られました。さらに、研究者らは、カスタムPCRアレイを使用して、前立腺の腺と間質の成長、細胞周期の進行、アポトーシス、ホルモン受容体、および腫瘍抑制因子に関与する主要な遺伝子を調べました。 DNAメチル化の分析により、エストロゲン治療後のストローマコンパートメントのCpG部位のメチル化に違いがあることが示された。これらのメチル化の変化は、KEGG前立腺癌経路における細胞イベントの変化に寄与し、アポトーシスを阻害し、細胞周期の進行を促進し、癌の発症に寄与すると考えられる。^[40]

子宮内または新生児期のビスフェノールA（BPA）への曝露は、ポリカーボネートプラスチックの製造に使用される化学物質であり、体重増加、乳がん、前立腺がん、生殖機能の変化と相関関係にある。マウスモデルでは、BPA食を与えられたマウスは、アグーチ遺伝子上流のレトロトランスポゾンプロモーター領域のメチル化状態が低いため、黄色い毛皮になる可能性が高かった。アグーチ遺伝子は、動物の毛皮が縞模様（アグーチ）になるか、無地（非アグーチ）になるかを決定する役割を担っている。しかし、葉酸や植物エストロゲンなどのメチル供与体を補給すると、低メチル化効果は消失した。これは、エピジェネティックな変化が食事と補給によって元に戻せることを示している。^[41]

母親の食事の影響は、人間だけでなく、動物界の多くの分類群で見られます。これらの母親の食事の影響は、集団全体および世代を超えて、より大規模な生態学的変化をもたらす可能性があります。母親の食事によるこれらのエピジェネティックな変化に伴う可塑性は、子孫が生まれる環境を表しています。多くの場合、発達中の母親の食事による子孫へのエピジェネティックな影響は、子孫が最初に遭遇する環境にうまく適応できるように遺伝的に準備します。母親の食事のエピジェネティックな影響は多くの種で見られ、さまざまな生態学的手がかりとエピジェネティックなメカニズムを利用して、将来の世代に適応上の利点を提供します。

生態学の分野では、母親の食事の影響の例が数多くあります。残念ながら、これらの表現型の変化の根底にあるエピジェネティックなメカニズムはほとんど研究されていません。将来的には、生態学者だけでなく、エピジェネティックおよびゲノムの科学者が協力して生態学分野内の穴を埋め、環境の手がかりと表現型の多様性を生み出すエピジェネティックな変化の全体像を明らかにすることが有益でしょう。

食品貯蔵エリアでよく見られるメイガ科の蛾の一種Plodia interpunctella は、その子孫に対して父親の食事の影響だけでなく母親の食事の影響も示す。蛾の子孫のエピジェネティックな変化は、フェノールオキシダーゼの産生に影響を与える。フェノールオキシダーゼはメラニン生成に関与する酵素で、多くの無脊椎動物種における特定の病原体に対する耐性と相関している。この研究では、親蛾を生殖期間中に食物が豊富な環境と食物が乏しい環境で飼育した。食物が乏しい環境で飼育された蛾は、食物が豊富な環境で繁殖した蛾よりもフェノールオキシダーゼが少なく、したがって免疫系が弱い子孫を生んだ。これは、子孫が栄養機会の乏しさの合図を受けながら成長するため、適応的であると考えられている。これらの合図により、蛾はエネルギーを差別的に配分することができ、免疫系に配分されるエネルギーを減らし、成長と生殖に多くのエネルギーを費やして適応度を高め、将来の世代を確保できる。この効果の1つの説明は、刷り込み、つまり親の遺伝子の1つだけが他の遺伝子よりも優先して発現することである可能性があるが、さらなる研究はまだ行われていない。^[42]

親を介した食事による免疫へのエピジェネティック効果は、野生生物にとってより広い意味を持っています。集団全体の免疫の変化は、病原体の導入などの環境の乱れに対して集団の感受性を高める可能性があります。したがって、これらの世代を超えたエピジェネティック効果は、子孫がエピジェネティックに改変される親の環境とは異なる環境に生息する集団の安定性を低下させることで、集団の動態に影響を与える可能性があります。

食物の入手可能性は、口内保育型シクリッドSimochromis pleurospilusの成長速度を左右するエピジェネティック機構にも影響を及ぼします。栄養分が豊富である場合、繁殖中の雌は小さな卵を多数産みますが、栄養分の乏しい環境では、より大きな卵を少数産みます。卵の大きさは、孵化時の魚の幼生の大きさと相関関係にあることが多く、より小さな卵からより小さな幼生が孵ります。シクリッドの場合、小さな幼生はより大きな卵から孵化した幼生よりも速く成長します。これは、成長ホルモン受容体 GHR の発現が増加するためです。GHR 遺伝子の転写レベルが増加すると、成長ホルモンGH と結合できる受容体が増加し、小型の魚の成長速度が増加します。大型の魚は捕食者に食べられる可能性が低いため、生存を確実にするためには、ライフステージの早い段階で急速に成長することが有利です。 GHR転写がどのように制御されるかは不明ですが、母親が産生する卵黄内のホルモンによるものかもしれませんし、卵黄の量そのものによるものかもしれません。これは遺伝子転写レベルを制御するDNAメチル化やヒストン修飾につながる可能性があります。^[43]

生態学的には、これは母親が環境を利用して、意識的に努力することなく子孫の生存を最大化するための最善の方法を決定している例です。生態学は一般に、栄養素を獲得して繁殖に成功する生物の競争能力によって推進されます。母親が豊富な量の資源を集めることができれば、繁殖力が高まり、捕食を避けるために急速に成長できる子孫を産みます。栄養素をあまり得られない母親は子孫の数は少なくなりますが、その大きなサイズが性成熟まで生存するのに役立つことを期待して、子孫は大きくなります。蛾の例とは異なり、シクリッドの子孫に提供される母性効果は、シクリッドが生まれる環境に備えるものではありません。これは、口で抱卵するシクリッドが子孫に親としての世話をし、子孫が成長するための安定した環境を提供するためです。成長速度が速い子孫は成長速度が遅い子孫よりも早く自立できるため、子育て期間中に親が費やすエネルギーの量が減少します。

同様の現象がウニ（Strongylocentrotus droebachiensis）でも起きる。栄養豊富な環境に生息するウニの母親は、多数の小さな卵を産む。これらの小さな卵から生まれた子孫は、栄養の乏しい母親から生まれた大きな卵から生まれた子孫よりも成長が早い。また、プラヌラと呼ばれるウニの幼生にとって、急速に成長して幼生期の期間を短縮し、幼生に変態して捕食リスクを減らすことは有益である。ウニの幼生は、母親と幼生期の栄養に基づいて、2つの表現型のいずれかに発達する能力を持っている。栄養が豊富で成長が速い幼生は、幼生表現型への発達に多くのエネルギーを費やすことができる。栄養が少なく成長が遅い幼生は、幼生期まで生存率を高めるために、捕食者から身を守るために棘のような付属肢の成長に多くのエネルギーを費やす。これらの表現型の決定は、母親と幼魚の栄養の両方に基づいています。これらの表現型の変化の背後にあるエピジェネティックなメカニズムは不明ですが、発達、そして最終的には幼生の表現型に影響を与えるエピジェネティックな変化を引き起こす栄養閾値がある可能性があると考えられています。^[44]

• 核外遺伝
• 母体効果優位の胎児停止
• ゼニア（植物）