Дикие гены. О скрытой жизни внутри нас

Причина различий между клетками заключается в том, что в наследственном материале заложены все возможные инструкции по строительству. Но для использования всегда выбираются те, которые соответствуют данному типу клетки. Все остальные гены упаковываются таким образом, что становятся недоступными. В ядре эту задачу выполняют гистоны – относительно небольшие молекулы белков, по внешнему виду похожие на катушку, на которую наматываются короткие фрагменты ДНК. При слиянии нескольких гистонов, обернутых ДНК, возникают все более крупные и упорядоченные структуры. Высшую степень упорядоченности представляют Х-образные хромосомы, которые можно наблюдать в момент деления клеток. Однако в обычных условиях порядки в ядре не столь строги и фрагменты ДНК, которые используются в данный момент, в значительной степени «распакованы», чтобы можно было считывать расположенные на них гены. Степень доступности гена регулируется химическими маркерами на гистонах и самой ДНК.

Эти маркеры, как правило, передаются по наследству от одной клетки к другой. Примерно так же обстояли дела в Средневековье: сын графа становился графом, а ребенок, родившийся в семье крестьянина, со временем брался за плуг, как и его отец (даже если по своим качествам вполне мог быть графом). Такой порядок наследования, имеющий отношение не к генам как таковым, а только к тому, как и когда они используются, называется эпигенетикой. Мы еще многого в ней не понимаем, хотя и очень хотелось бы. Например, ткани сердца и мозга почти не регенерируются после повреждений, а вот кожа или печень восстанавливаются намного лучше. Если мы как следует разберемся в эпигенетике, то, пожалуй, сможем сделать из крестьянина графа. В этом случае нам, возможно, удастся вылечить больное сердце и устранить последствия инсульта.

Но вернемся к нашему С. elegans. Мы достаточно хорошо представляем себе, для чего предназначены его 959 клеток. Но в процессе развития червя образуется 1090 клеток. Что же происходит с остальными? Ответ на этот вопрос ввергает нас в печаль: они убивают сами себя. Чтобы правильно функционировать, организму порой приходится избавляться от ряда собственных клеток. В развитии человека этот процесс тоже играет важную роль. В частности, он заботится о том, чтобы у нас не вырост хвост, как у обезьяны. Клетки, из которых он может образоваться, присутствуют в эмбрионе, но затем целенаправленно уничтожаются.

Еще одна загадка эпигенетики заключается в том, как наш образ жизни и опыт сказываются на программировании клеток. Можно ли передать эпигенетический опыт своим детям и внукам? Долгое время считалось, что эпигенетическое программирование полностью останавливается в самом начале развития эмбриона и каждый живой организм начинает свое существование с чистого листа. Однако за последние годы накопилось немало свидетельств того, что некоторые эпигенетические маркеры все же могут передаваться потомству и оказывать влияние на обмен веществ, склонность к онкологическим заболеваниям, возникновение депрессии и даже на такие сложные процессы, как обучение и память.

На более поздних стадиях жизни этот механизм не теряет своей значимости, например когда иммунная система уничтожает пораженные вирусом клетки, чтобы остановить размножение возбудителя болезни. Механизм запрограммированной смерти клеток называется апоптозом и действует с пугающей эффективностью. Все начинается с сигнала на самоуничтожение клетки. Он может поступить извне (например, от иммунной системы) или из самой поврежденной клетки, которая замечает, что у нее возникли какие-то проблемы. В подобных ситуациях в митохондриях, выполняющих роль электростанций в клетке, возникают «протечки реактора». В них образуются маленькие отверстия, и содержимое вытекает туда, где ему быть не положено. Это необычное происшествие будит спящие белки каспазы, которые до поры до времени мирно дремлют в клетке. Но стоит им только активизироваться, как проявляется их суровый нрав: они рвут клетку на части и тем самым активизируют все новые каспазы. Следующей в процесс активизации вступает дезоксирибонуклеаза, которая, проснувшись, начинает крошить в мелкие

клочья весь наследственный материал. Короче говоря, происходит цепная реакция разрушения и в кратчайшее время от клетки остаются только руины.

Сцена четвертая