ДНК. История генетической революции

Тот факт, что у двух однояйцевых эмбрионов последовательности ДНК одинаковы, еще не значит, что эти последовательности ДНК подвергнутся идентичным химическим модификациям. Этот механизм отчасти позволяет правдоподобно объяснить скрытую наследуемость, выявленную ранее в ходе полногеномного поиска ассоциаций. Новым направлением в исследованиях является изучение однояйцевых близнецов с различными заболеваниями, которые могут быть связаны с вариациями в эпигенетической модификации. Короче говоря, исследователи ищут участки генома, различающиеся по уровню метилирования у идентичных однояйцевых близнецов, поскольку эти участки могут как минимум коррелировать или как максимум объяснять дискордантность по риску заболевания. Несмотря на то что подобные исследования проводятся сравнительно недавно, они демонстрируют ощутимые результаты, касающиеся многих распространенных заболеваний, включая психические расстройства и аутоиммунные заболевания. Например, Тим Спектор и его коллеги из лондонского Кингс-Колледжа изучили ДНК у 27 пар однояйцевых близнецов и обнаружили несколько промоторов генов, метилирование в которых было нетипичным для людей с диабетом второго типа. Некоторые из этих участков совпадают с генами, уже выявленными в ходе обычного полногеномного поиска ассоциаций. Будем надеяться, что этот подход позволит не только лучше понять основные пути развития распространенных заболеваний, но и выявить маркеры и потенциальные мишени для новых лекарственных препаратов.

В настоящее время эпигенетика – это захватывающая дисциплина для исследователя. Мы уже давно поняли многие способы включения и отключения генов, однако эпигенетика описывает новый набор этих регуляторных механизмов. Ранее мы видели, что гены включаются или выключаются в ответ на экологические триггеры: присутствие лактозы заставляет бактерии включать гены, которые производят ферменты, расщепляющие лактозу, однако большинство подобных реакций краткосрочны: когда вся лактоза будет израсходована, синтез редуцирующих ее ферментов сразу прекратится. Напротив, эпигенетические механизмы способны вызывать относительно долгосрочные изменения активности генов, которые могут передаваться от одного поколения клеток к другому. Таким образом, знание эпигенетических механизмов будет иметь большое значение для понимания процессов дифференциации тканей в процессе развития: клетки почек, например, экспрессируют определенный набор генов, специфичных именно для клеток почек, которые могут эпигенетически регулироваться так, что новые клетки почек, сформировавшиеся из старых, наследуют от них эпигенетические метки и, следовательно, имеют тот же набор активных генов, что и клетки-предшественники. Биологи, занимающиеся исследованием стволовых клеток, выявляют все больше молекулярных подробностей, описывающих, как из одной оплодотворенной яйцеклетки в процессе развития образуются десятки разных типов клеток, каждая из которых имеет ту же самую ДНК, но экспрессирует специфичные для конкретной ткани гены.

Несомненно, что эпигенетические модификации могут передаваться от одного поколения клеток к другому. Спорным остается вопрос, могут ли эти изменения передаваться от одного поколения животных к другому. В работе этого механизма трудно разобраться, поскольку новая особь развивается из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая, выражаясь языком биологии стволовых клеток, должна быть тотипотентной, то есть способной производить любые типы клеток-потомков: клеток мышц, нервов, почек, печени и т. д. Таким образом, яйцеклетка не может иметь эпигенетический профиль, скажем, клетки почки (или любой другой дифференцированной клетки), поэтому существуют предположения о том, что ДНК яйцеклеток и сперматозоидов очищается от эпигенетических меток, в результате чего оплодотворенная яйцеклетка с эпигенетической точки зрения является «чистым листом». Однако результаты некоторых исследований позволяют предположить, что отдельные эпигенетические метки могут сохраниться в процессе эпигенетической очистки сперматозоида/яйцеклетки. Это означает, что детали приобретенного опыта родителей и эпигенетические модификации, полученные в результате этого опыта, могут передаваться потомству.

Вывод о существенном влиянии генетики на наше поведение уже никого не должен удивлять; было бы удивительнее, если бы это было не так. Мы есть порождение эволюции: естественный отбор, несомненно, сильно повлиял на все черты наших предков, благоприятствовавшие выживанию. Человеческая рука с ее чудесным противостоящим большим пальцем – продукт естественного отбора. Следовательно, в прошлом должны были существовать различные формы руки, а естественный отбор способствовал сохранению той формы, которую мы имеем сегодня, путем распространения соответствующих генетических вариантов. Таким образом, эволюция позаботилась, чтобы каждый представитель нашего вида был наделен этим исключительно ценным инструментом.