Ген. Очень личная история

Гистоны плотно прилегают к ДНК и сворачивают ее в завитки и петли, формируя каркас хромосомы. Когда перестраивается каркас, может измениться и активность гена – подобно тому, как меняются свойства материала в зависимости от способа его укладки (свойства мотка шелковой нити сильно отличаются от свойств каната из той же нити). «Молекулярная память» может отпечатываться на генах на сей раз косвенно, путем присоединения сигналов к белкам (специалисты по эпигенетике ведут грандиозные дебаты о том, оказывают ли некоторые – или все – модификации гистонов серьезное влияние на активность генов или же некоторые из модификаций – не более чем случайные «наблюдатели» или побочные эффекты генной активности). Наследуемость и стабильность этих гистоновых меток, как и механизм, контролирующий их появление на нужных генах в нужное время, все еще изучаются, но простые организмы вроде дрожжей и червей[1046], похоже, могут передавать модификации гистонов через несколько поколений.

Репрессия и активация генов посредством белковых регуляторов из группы факторов транскрипции – главных дирижеров генной симфонии в клетках – отлично известны уже с 1950-х. Но эти дирижеры способны рекрутировать и другие белки – назовем их помощниками – для нанесения устойчивых химических знаков на гены. Они способны обеспечивать и поддержание этой разметки на геноме[1047]. Метки, таким образом, могут наноситься, стираться, умножаться, прореживаться и замещаться в ответ на внутриклеточные или внешние сигналы[1048].

Эти метки работают как примечания, записанные над предложением, или как маргиналии в книге – карандашные линии, подчеркивания, наброски, зачеркнутые буквы, подписи и сноски, – которые модифицируют контекст генома, не меняя при этом самих слов. Каждая клетка организма наследует одну и ту же книгу, но, зачеркивая одни предложения и добавляя другие, «заглушая» и «активируя» конкретные слова и выделяя какие-то фразы, каждая клетка способна написать свой уникальный роман на основе общего базового сценария. Мы можем визуализировать человеческие гены с добавленными химическими метками так:

Как и прежде, слова в предложении соответствуют генам. Многоточия и другие знаки препинания обозначают интроны, межгенные участки и регуляторные последовательности. Жирные и заглавные буквы, подчеркнутые слова – это эпигенетические метки, добавленные к геному с целью формирования финишного слоя информации.

По этой-то причине Гёрдону, несмотря на все его экспериментальные ухищрения, редко удавалось убедить взрослую клетку кишечника вернуться к началу развития, стать эмбриональной клеткой, а затем – полноценной лягушкой: геном клетки кишечника был настолько нагружен эпигенетическими «примечаниями», что стоило огромных усилий их стереть и трансформировать его в геном эмбриона. Как человеческие воспоминания упорствуют при попытке их изменить, так и химические закорючки, написанные поверх генома, не слишком склонны меняться, хотя и делают это. Эти метки «проектировались» стойкими, чтобы клетка могла закреплять свою идентичность. Только у эмбриональных клеток геномы достаточно податливы для того, чтобы приобретать разные виды идентичности – и производить таким образом все типы клеток тела. Как только клетки эмбриона обретают фиксированную идентичность – превращаются, допустим, в нейроны, в клетки кишечника или крови – едва ли для них возможен обратный путь (отсюда и сложности Гёрдона с построением головастика из дифференцированной клетки лягушки). Эмбриональная клетка может написать тысячу разных текстов на основе одного сценария. Но уже написанную книжку для подростков не так-то просто переформатировать в викторианский роман.

Взаимодействие между регуляторными генами и эпигенетикой частично решает загадку клеточной индивидуальности – но, по всей видимости, оно позволяет подступиться и к еще более упрямой загадке индивидуальности индивида. «Почему близнецы различаются?» – задались мы вопросом чуть ранее. Ну, потому что уникальные для них события записываются в их телах особыми метками. Только вот записываются как и где именно? Точно не в самой последовательности ДНК: если вы будете секвенировать геномы двух идентичных близнецов каждое десятилетие на протяжении полувека, то раз за разом будете получать почти ту же нуклеотидную последовательность. Но если вы в таком же режиме будете секвенировать эпигеномы близнецов, то обнаружите существенные различия: узоры из метильных групп, навешанных на геномы нейронов или клеток крови, у близнецов будут почти идентичными на старте эксперимента, начнут постепенно расходиться лет через десять и станут прилично разными через пятьдесят[1049].