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

На самом деле, в эндосперме семени происходят чрезвычайно сложные процессы. Как и в геномах большинства животных, в геномах цветковых растений присутствуют ретротранспозоны. Их обычно называют МГЭ — мобильными генетическими элементами. Это повторяющиеся элементы, которые не кодируют белки, но могут вызвать катастрофу, если будут активированы. Главная причина этого в том, что они способны перемещаться по геному и нарушать экспрессию генов.

Обычно эти МГЭ репрессируются в очень высокой степени, но в эндосперме эти последовательности активируются. Клетки эндосперма создают из этих МГЭ маленькие молекулы РНК. Эти маленькие РНК перемещаются из эндосперма в эмбрион. В геноме эмбриона они обнаруживают МГЭ, имеющие ту же, что и у них, последовательность. Затем эти МГЭ маленьких молекул РНК, по-видимому, восстанавливают механизм, который перманентно подавляет эти потенциально опасные элементы генома. Опасность для генома эндосперма, возникающая из-за активации МГЭ, очень высока. Но так как эндосперм не влияет на следующее поколение генетически, он может решиться на совершение самоубийства во имя блага будущего растения[283][284][285][286].

Хотя и млекопитающие, и цветковые растения осуществляют импринтинг, они, как представляется, пользуются для этого несколько различными механизмами. Млекопитающие подавляют соответствующую копию импринтингового гена с помощью метилирования ДНК. Растения получают только ту копию отцовского гена, которая несет на себе метилирование ДНК. Однако репрессируется далеко не всегда именно эта метилированная копия гена[287]. При импринтинге растений, таким образом, метилирование ДНК сообщает клетке, каким образом ген был унаследован, а не как этот ген должен экспрессироваться.

Существуют некоторые фундаментальные аспекты метилирования ДНК, которые довольно схожи у растений и животных. Геномы растений кодируют активные ферменты метилтрансферазы ДНК, а также белки, которые могут «прочитывать» метилированную ДНК. Подобно первичным половым клеткам млекопитающих, определенные клетки растений способны активно удалять метилирование с ДНК. Нам даже известно, какие именно ферменты отвечают у растений за эту реакцию[288]. Один из них называется DEMETER (Деметра) в честь матери Персефоны из древнегреческих мифов. Деметра была покровительницей урожая, и именно благодаря сделке, заключенной ею с Гадесом, повелителем Подземного мира, человечество получило смену времен года.

Но метилирование ДНК является также и аспектом эпигенетики, и здесь очевидны явные различия в том, как растения и высшие животные пользуются одной и той же базовой системой. Одним из наиболее выраженных различий в этом процесс является то, что растения метилируют не только мотивы CpG (когда за цитозином следует гуанин). Хотя эти мотивы и являются наиболее распространенной последовательностью, на которую нацелены их метилтрансферазы ДНК, растения также метилируют цитозин, за которым следует практически любое другое основание[289].

Метилирование ДНК у растений, как и у млекопитающих, часто сосредоточено вокруг неэкспрессируемых повторяющихся элементов. Но разница станет более чем очевидной, если мы исследуем схему метилирования ДНК на экспрессируемых генах. У почти 5 процентов экспрессируемых генов растений метилирование ДНК на промоторах детектируется, но свыше 30 процентов ДНК метилировано в областях, кодирующих аминокислоты, в так называемом теле генов. Гены с метилированием участков тела имеют тенденцию экспрессироваться в самых разнообразных тканях и экспрессируются в этих тканях от умеренного до высокого уровня.[290]

Высокие уровни метилирования ДНК на повторяющихся элементах у растений очень подобны схеме повторяющихся элементов в хроматине высших животных, таких как млекопитающие. И напротив, метилирование тел активно экспрессируемых генов в значительно большей степени похоже на то, что наблюдается у медоносных пчел (которые не метилируют повторяющиеся элементы). Это не означает, что растения являют собой некий причудливый эпигенетический гибрид насекомых и млекопитающих. Это только лишь заставляет предположить, что эволюция располагает ограниченным набором сырья и высокой избирательностью того, как им пользоваться.

Глава 16. Прогнозы на будущее

Трудно что-либо предвидеть, а уж особенно будущее.

Нильс Бор