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

Одним из первых вопросов, на которые обратили внимание исследователи, стало определение влияния недостаточного питания беременных в течение голодной зимы на массу тела новорожденных детей. Если мать хорошо питалась в период зачатия и недоедала лишь в последние несколько месяцев беременности, то ее ребенок с большой долей вероятности рождался с массой тела и ростом ниже нормы. С другой стороны, если мать получала недостаточное питание только в первые три месяца беременности (поскольку ребенок был зачат ближе к концу голодной зимы), а затем питалась полноценно, то масса тела ее новорожденного малыша в большинстве случаев соответствовала норме. Плод в утробе успевал «нагнать» массу, так как зародыш наиболее быстро растет именно в последние несколько месяцев беременности.

Интересно другое — эпидемиологи имели возможность изучать эти группы детей на протяжении десятилетий, и то, что они обнаружили, было поистине удивительно. Малыши, родившиеся с заниженными показателями, оставались худощавыми всю свою жизнь, и были в гораздо меньшей степени склонны к полноте, чем средне статистический человек. Еще более неожиданным оказалось то, что взрослые, чьи матери питались недостаточно только на первых этапах беременности, были предрасположены к полноте в большей степени, чем в среднем по стране. Недавно проведенные исследования показали, что на эту же группу приходится заметно больший процент и других заболеваний, в том числе и психических расстройств. Если матери голодали на ранних стадиях беременности, то у их детей с большой долей вероятности развивалась шизофрения. И это характерно не только для людей, родившихся вскоре после завершения Голландской голодной зимы; подобные отклонения присущи и тем, кто пережил чудовищный Великий китайский голод 1958-1961 годов, когда многие миллионы людей погибли от голода вследствие политики, проводимой Мао Цзэдуном.

И хотя представители этих групп внешне выглядели совершенно здоровыми при рождении, однако, что-то случившееся с ними в период внутриутробного развития, продолжало оказывать на них свое влияние на протяжении десятилетий. И дело было даже не в самом факте, что нечто произошло с ними, а в том, когда это произошло. Явления, имеющие место в первые три месяца беременности, в период, когда плод еще очень и очень мал, могут сказываться затем на протяжении всей жизни человека.

Эти выводы полностью соответствуют модели программирования развития и лежащей в ее основе эпигенетике. На ранних стадиях беременности, когда развиваются клетки различных типов, эпигенетические белки, вероятно, имеют жизненно важное значение для стабилизации схем экспрессии генов. Но не будем забывать, что в наших клетках содержатся тысячи генов, рассыпанных по миллиардам пар оснований, а эпигенетических белков насчитываются многие сотни. Даже при нормальном развитии вполне возможны незначительные отклонения в экспрессии некоторых из этих белков, каждое из которых оказывает определенное воздействие на конкретные участки хромосом. Чуть больше метилирования ДНК тут, чуть меньше — там…

Эпигенетический механизм усиливает, а затем поддерживает определенные схемы модификаций, задавая тем самым уровни экспрессии генов. Как следствие, эти изначально едва заметные флуктуации в модификациях гистонов и ДНК постепенно могут превратиться в «норму» и начать передаваться дочерним клеткам или сохраняться в таких клетках-долгожителях как нейроны на десятилетия. Из-за того, что эпигеном «дал сбой», то же самое может случиться со схемами экспрессии генов на определенных участках хромосом. На коротком отрезке времени последствия этих явлений могут быть минимальными и незаметными. Но за десятилетия все эти незначительные аномалии экспрессии генов, возникшие из-за чуть неверной модели хроматиновых модификаций, могут привести к постепенно усугубляющимся функциональным нарушениям. Мы не в силах определить это клинически, пока процесс не минует некий невидимый порог, после чего больной начнет демонстрировать определенные симптомы.

Эпигенетические вариации, возникающие в программировании развития, по сути, являются преимущественно случайным или, выражаясь научным языком, стохастическим процессом. Именно таким стохастическим процессом во многом могут быть объяснены различия, возникающие между М3 близнецами, рассказом о которых мы начинали эту главу.