Лысенко был прав!

III.2. МЕТИЛИРОВАНИЕ И АЦЕТИЛИРОВАНИЕ ГИСТОНОВ

Важным надгенетическим механизмом переноса приобретенных признаков является метилирование (присоединение СН3 группы) и ацетилирование (присоединение С₂Н₅ группы) к гистонам (166). Как я отмечал выше, гистоны — это белки, ответственные за плотную упаковку цепи ДНК в хромосомы. Гистоны могут метилироваться или ацетилироваться (203). Подобные химические изменения гистонов часто приводят к надгенетической передаче наследственной информации. Наследственное изменение структуры хроматина без изменения первичной структуры ДНК называется эпигенетической мутацией.

Не только белки, но и нуклеиновые кислоты и могут быть модифицированы путем присоединения сахаров к их свободным аминогруппам, что ведет к структурной и функциональной перестройке молекул. Когда нуклеотиды ДНК подвергаются неэнзиматическому гликозилированию, то это приводит к мутациям из-за прямого повреждения ДНК и инактивации систем репарации ошибок рекомбинации, а также вызывает повышенную ломкость хромосом.

III.3. МЕТИЛИРОВАНИЕ ДНК

Один из эпигенетических механизмов наследственности связан с метилированием ДНК. Метилирование ДНК — это модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК. В процессе жизнедеятельности к молекулам ДНК в клетках (в том числе и в половых) специальные ферменты "пришивают" метильные группы (-CH3) к цитозину в составе особого динуклеотида в позиции N5 пиримидинового кольца. Причем к одним генам метильных групп "пришивается" больше, к другим — меньше. Распределение метильных групп по генам (так называемый рисунок метилирования) зависит от того, насколько активно тот или иной ген используется. Получается совсем как с «тренировкой» (упражнением и неупражнением органов), которое Ламарк считал причиной наследственных изменений. Поскольку "рисунок метилирования" передается по наследству и поскольку он, в свою очередь, влияет на активность генов у потомства, легко заметить, что здесь может работать совершенно ламарковский механизм наследования: "натренированные" предками гены будут и у потомства работать активнее, чем "ослабевшие" от долгого неиспользования (68).

Метилирование транскрибируемой части гена не приводит к подавлению его транскрипции (45). Метилирование резко нарушает функцию белков синтезирующих информационную РНК, и это ещё один источник ошибок при синтезе белка. Метилирование снижает скорость и точность копирования информации. Клетка решила и эту проблему создав особые белки деметиляторы. Обычно метилирование выключает данный ген из системы и белок на нем не может синтезироваться. Метилирование ДНК, видимо, сохраняется при делении. На этом основано существование разных клеток и тканей в организме животных. Этот механизм можно рассматривать как часть эпигенетической (когда информация записана не на ДНК) составляющей генома (68).

Особенно широко метилирование ДНК и гистонов распространено у растений и именно оно задействовано в изменении признаков при целенаправленном отборе при выведении сортов (см. ниже).

Однако, например, у круглого червя Caenorhabditis elegans метилирование цитозина почти не наблюдается, в то время, как у позвоночных обнаружен высокий уровень метилирования — до 1 % (18).

Экперименты показали, что если пометить ядро соматической дифференцированной клетки в цитоплазму яйцеклетки или цитоплазму, взятую из стволовых клеток, то изменяется уровень метилирования ДНК (238). Метилированная ДНК передается в дочернюю клетку, то есть не мешает удвоению ДНК (231).

Метилирование цистеина и гистонов мешает перепрограммировать геном ядра для начала развития.

Таким образом, метилирование ДНК и гистонов влияет на процесс передачи наследственной информации по пути, в котором участие последовательности нуклеотидов минимально.

Эпигенетическое изменение экспрессии гена, в частности через модификацию гистонов и метилирование ДНК, что влияет на уровень экспрессии генов могут быть одним из последствий склеивания (интерференции) молекул РНК. Причина в том, что если не происходит синтез соответствующего белка, клетка реагирует все большей стимуляцией его синтеза до тех пор, пока не включаются защитные механизмы, ведущие к метилированию РНК.

III.4. ИНАКТИВАЦИЯ ГЕНА