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

К середине первого десятилетия нашего века было идентифицировано более двадцати генов, играющих важную роль в развитии ЭС клетках. Далеко не всегда ученым было понятно, каким образом они взаимодействуют между собой, и, конечно же, было совершенно ясно, что в биологии ЭС клеток для нас еще остается слишком много белых пятен. Однако абсолютно точно было известно то, что будет невообразимо сложно взять зрелую клетку и воссоздать в ней широчайший комплекс внутриклеточных условий, существующий в ЭС клетке.

Торжество оптимизма

Иногда величайшие научные прорывы случаются лишь по той причине, что кто-то попросту отваживается игнорировать превалирующий в каком-то вопросе пессимизм. В нашей истории оптимистами, решившими на практике проверить то, что все остальные по определению считали невозможным, были уже упоминавшийся выше Шинья Яманака и помогавший ему в проведении экспериментов докторант Казутоши Такахаши.

Профессор Яманака принадлежит к числу молодых светил в области изучения стволовых клеток и плюрипотентности. Родившийся в Осаке в начале 1960-х годов, он, что весьма необычно, занимал высокие академические посты в узкоспециализированных научно-исследовательских учреждениях Японии и США. Получив медицинское образование, он стал практикующим врачом в области ортопедической хирургии. Своих коллег-ортопедов другие хирурги часто снисходительно называют «мастерами кувалды и зубила». Хотя справедливого в этом определении мало, но все же практическая деятельность хирурга-ортопеда настолько далека от утонченной молекулярной биологии и изучения стволовых клеток, насколько это только можно себе представить.

Пожалуй, более любых других исследователей, занимавшихся изучением стволовых клеток, профессор Яманака горел желанием найти способ создания в лабораторных условиях плюрипотентных клеток из дифференцированных клеток. Приступив к этой работе, он располагал списком из 24 генов, имеющих жизненно важное значение для ЭС клеток. Все они принадлежали к числу «генов плюрипотентности» — они должны были оставаться активированными, чтобы ЭС клетки могли сохранить свою плюрипотентность. Если с помощью различных экспериментальных техник эти гены репрессировались, то ЭС клетки начинали дифференцироваться (как те самые сокращавшиеся клетки сердца в чашках с культурой) и уже никогда не возвращались к своему первоначальному состоянию ЭС клеток. Отчасти именно это и происходит в процессе естественного развития млекопитающих, когда клетки дифференцируются и становятся специализированными, — они «отключают» свои гены плюрипотентности.

Шинья Яманака решил проверить, не обратят ли некие комбинации этих генов биологическое время дифференцированных клеток вспять, не отодвинут ли их на более ранние стадии развития. Работа ему предстояла долгая и трудоемкая, причем имело место обоснованное опасение, что, если результаты окажутся отрицательными, то есть если ни одна из этих клеток не «откатится» в свое прошлое, то он не сможет узнать наверняка, в чем причина такого завершения экспериментов — в том, что это невозможно в принципе, или в том, что не были верно соблюдены условия проведения экспериментов. Это был рискованный проект даже для такого авторитетного ученого как Яманака, но еще больше подводных камней он таил в себе для его юного помощника Такахаши, поскольку тому только предстояло взбираться по лестнице своей научной карьеры.

Когда герцогу Веллингтону стало известно о возможности обнародования его личной интимной переписки, грозившей нанести ему значительный вред, он произнес свои ставшие крылатыми слова: «Публикуйте и катитесь ко всем чертям!» Мантра ученых практически такая же, однако она отличается одним очень важном нюансом. Для нас она звучит «публикуйте или катитесь ко всем чертям» — если вы не публикуете свои научные труды, то не получите для них финансирования и не найдете работу в университетах. И крайне немного шансов у вашей работы быть опубликованной в солидном научном журнале, если весь ваш рассказ о годах напряженного труда можно выразить в одной фразе: «Я старался, старался, но у меня ничего не получилось». Так что желание заняться проектом, имевшим относительно небольшую вероятность завершиться положительным результатом, с полным правом можно назвать отчаянно смелым поступком, а перед Такахаши, в частности, нам остается лишь снять шляпу.

Яманака и Такахаши, имея в своем распоряжении 24 гена, решили испытать их в клеточном типе, известном как МЭФ — мышиные эмбриональные фибробласты. Фибробластами называются основные клетки соединительной ткани, присутствующие в самых разнообразных органах, включая кожу. Извлечь их очень легко, и они быстро растут в культуре, поэтому представляют собой превосходный клеточный материал для проведения экспериментов. Поскольку клетки МЭФ, как следует из их названия, получают из эмбрионов, существовала надежда, что они, будучи помещенными в подходящую среду, вспомнят хоть немногое о своем происхождении и сумеют вернуться к более ранним стадиям собственного развития.