Эпигенетика

^{Над каждой диаграммой указаны размеры генома для основных модельных организмов, используемых в эпигенетических исследованиях. Увеличение размеров генома у более сложных многоклеточных организмов коррелирует со значительной экспансией некодирующих (т. е. интронных, межгенных и рассеянных повторяющихся последовательностей) и повторяющихся (например, сателлитной. LINE, SINE ДНК) нуклеотидных последовательностей ДНК Эта экспансия сопровождается увеличением числа эпигенетических механизмов (в особенности репрессивных), регулирующих геном Расширение генома коррелирует также с увеличением размеров и сложности единиц транскрипции, за исключением растений; эти последние выработали механизмы, не допускающие вставок или дупликаций в транскрипционной единице. Р — промоторный элемент ДНК}

Существуют важные различия между организмами, проявляющиеся в типах эпигенетических путей, используемых, несмотря на высокую степень функционального консерватизма, во многих механизмах у разных видов. Полагают, что эти различия отчасти имеют отношение к величине генома. Широкая экспансия в геном некодирующих и повторяющихся ДНК у высших эукариот требует наличия более экстенсивных эпигенетических механизмов сайленсинга. Это коррелирует с тем фактом, что млекопитающие и растения используют весь диапазон репрессивного метилирования лизина гистонов, метилирования ДНК и механизмов сайленсинга посредством RNAi. Другим вопросом, связанным с многоклеточностью, является вопрос о том, каким образом могут координироваться и поддерживаться множественные клеточные типы (клеточная идентичность) Для регуляции генома имеет место тонкое равновесие с участием групп белковых комплексов Polycomb (PcG) и Trithorax (trxG). С появлением многоклеточности в особенности коррелируют белки PcG (см. раздел 12).

Клетки в многоклеточном организме по своим функциям могут быть разделены на два основных компартмента: зародышевые клетки (тотипотентные и требующиеся для передачи генетической информации следующему поколению) и соматические клетки (дифференцированная «силовая станция» организма). Существуют важные вопросы относительно того, как компартмент зародышевых клеток поддерживает тотипотентность своего эпигенома и какие механизмы вовлечены в стирание, установление и поддержание клеточной судьбы (клеточная память). Поскольку одна зародышевая клетка дает начало другой зародышевой клетке, она в сущности обладает неограниченным пролиферативным потенциалом, подобно одноклеточным «бессмертным» организмам. Однако для того чтобы выполнять эту роль, зародышевые клетки находятся по большей части «в покое» и не реагируют на внешние стимулы, так что целостность их эпигенома может быть защищена. Действительно, ооциты млекопитающих могут сохраняться в покоящемся состоянии более 40 лет. Аналогичным образом, взрослые стволовые клетки (мультипотентные) представляют собой в основном популяцию «спящих» клеток, пролиферирующую (и самовозобновляющуюся) только тогда, когда они. эти клетки, активируются митогенными стимулами и проходят ограниченное число клеточных делений. Таким образом, на состав и структуру эпигенома влияют многие внутренние (например, транскрипция, репликация ДНК, расхождение хромосом) и внешние (например, цитокины, гормоны, повреждение ДНК или общая реакция на стресс) сигналы, в особенности если соматическая дифференцировка вынудила клетки покинуть среду, защищающую зародышевые и стволовые клетки.

12. Polycomb и Trithorax