Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Исследователи обнаружили, что абсолютные уровни метилирования ДНК в лейкоцитах некоторых образцов со временем меняются. Эти изменения не всегда были одинаковыми. У одних людей уровни метилирования ДНК с возрастом повышались, тогда как у других понижались. Направление изменений, как выяснилось, было однотипным в семьях. Это может означать, что связанные с возрастом изменения в метилировании ДНК были вызваны генетическими факторами или воздействием общей для семьи окружающей среды. Ученые также в деталях исследовали метилирование свыше 1500 отдельных участков CpG в геноме. Эти участки, главным образом, были связаны с кодирующими белки генами. На этих особых участках исследователи обнаружили те же тенденции, которые они зафиксировали при изучении абсолютных уровней метилирования ДНК. У одних исследуемых метилирование ДНК на особых участках оказалось повышенным, а у других пониженным. Уровни метилирования ДНК были повышены или понижены по меньшей мере на 20 процентов приблизительно у каждого десятого из всех, принимавших участие в исследованиях.

На основании данных, полученных в ходе экспериментов, ученые заявили, что «полученные ими результаты свидетельствуют в пользу предположения о том, что связанная с возрастом утрата привычных эпигенетических схем является механизмом, обусловливающим развитие распространенных возрастных заболеваний»[237]. Действительно, эти данные согласуются с моделью, в соответствии с которой возрастные ухудшения здоровья провоцируются эпигенетическими механизмами, однако в этом утверждении присутствуют оговорки, о которых мы не должны забывать.

В частности, подобного рода эксперименты обнаруживают важные взаимосвязи между эпигенетическими изменениями и возрастными заболеваниями, но они не доказывают, что одно событие является следствием другого. Люди наиболее часто тонут в периоды, когда растут объемы продаж лосьонов для загара. Из этого факта можно было бы сделать заключение, что лосьоны для загара каким-то образом воздействуют на людей, лишая их способности уверенно держаться на воде. Однако, как мы понимаем, объемы продаж лосьонов для загара повышаются в жаркую погоду, когда многие люди предпочитают проводить досуг у воды. Чем больше людей плавает, тем в среднем выше число утонувших. Это и есть очевидная взаимосвязь между двумя рассмотренными нами факторами (продажа лосьонов и смертность при купании), но ее присутствие не означает, что одно событие вытекает из другого.

Следовательно, хотя мы и знаем, что эпигенетические модификации со временем меняются, одно это не может служить доказательством, что такие изменения являются причинами заболеваний и ухудшения здоровья, ассоциирующимися с пожилым возрастом. Теоретически, эти изменения могут быть всего лишь случайными вариациями, не имеющими каких-либо функциональных последствий. Они могут быть только лишь изменениями эпигенетического фонового шума в клетке. Мы даже не знаем, приводят ли во многих клетках измененные схемы эпигенетических модификаций к изменениям в экспрессии генов. Ответ на этот вопрос был бы чрезвычайно важен, но получить его в отношении человека более чем затруднительно.

Виновен, более чем по ассоциации

Впрочем, существуют некоторые эпигенетические модификации, которые определенно играют свою роль в возникновении или развитии заболеваний. Наиболее ярким примером такого рода является рак, уже рассмотренный нами в главе 11. Свидетельством тому служат эпигенетические препараты, способные лечить некоторые специфические виды рака. Кроме того, подтверждением этому являются значительные массивы данных, полученных в различных экспериментальных системах. Они свидетельствуют, что изменение эпигенетической регуляции в клетке повышает вероятность ее перерастания в раковую клетку или способствует тому, что клетка, уже являющаяся раковой, становится более агрессивной.

Одним из вопросов, обсуждавшихся в главе 11, было увеличение метилирования ДНК, часто наблюдаемое на промоторах генов-супрессоров новообразований. Такое повышенное метилирование ДНК подавляет экспрессию генов-супрессоров новообразований. Как ни странно, увеличение метилирования ДНК на особых участках часто обнаруживается на общем фоне снижения уровня метилирования ДНК во многих других областях генома в той же раковой клетке. Это понижение метилирования может быть вызвано снижением экспрессии или активности деятельности метилтрансферазы ДНК, ДНМТ1. Такое глобальное падение уровня метилирования ДНК также может способствовать развитию рака.