Читаем Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома полностью

Осознание того, что метилирование ДНК умеет практически на всю жизнь отключать гены конкретного человека, произвело много шума. Похоже, наконец-то ученые обзавелись механизмом, объяснявшим то, что десятилетиями мучило специалистов. Уже давно было известно, что генетика объясняет не все: существует масса ситуаций, когда два генетически идентичных объекта все же различны. Вот примеры. Когда гусеница окукливается и затем превращается в бабочку, она продолжает использовать тот же геном. Генетически тождественные друг другу мыши, выращенные в лаборатории при совершенно одинаковых условиях, имеют разный вес.

Мы с вами, дорогие читатели, являем собой подлинные шедевры эпигенетики. 50-70 триллионов клеток человеческого организма почти все содержат, по большому счету, один и тот же генетический код[23]. И выделяющие соль клетки наших потовых желез, и кожные клетки наших век, и клетки, которые вырабатывают амортизирующую хрящевую ткань в наших коленях, — все они содержат одну и ту же ДНК. Они просто по-разному используют информацию, содержащуюся в ее генах: тут многое зависит от конкретной ткани. Скажем, нейроны головного мозга экспрессируют рецепторы нейротрансмиттеров, но отключают гены, отвечающие за выработку гемоглобина — пигмента, в котором наши красные кровяные тельца переносят кислород.

Все это — примеры ситуаций, которые мы не первое десятилетие именуем эпигенетическими явлениями. Да-да, тот же самый термин, что и для модификаций. И не зря. Речь идет о ситуациях, когда происходит что-то «в добавление к» генетическому коду.

Открытие процесса метилирования ДНК наконец дало нам механизм эпигенетических явлений. В нейроне гены, отвечающие за выработку гемоглобина, подвергаются массированному метилированию и отключаются. Они остаются в отключенном состоянии на протяжении всей жизни человека. Однако в клетках, порождающих красные кровяные тельца, эти гены не метилируются, и гемоглобин преспокойно синтезируется. Зато в этих клетках при помощи эпигенетического механизма отключаются гены, кодирующие рецепторы нейротрансмиттеров.

Метилирование ДНК — процесс, приводящий к довольно стойким изменениям. Удалить модифицирующие группы на удивление трудно. Это хорошо — если вашим клеткам нужно на протяжении долгих периодов поддерживать определенные гены в отключенном состоянии. Однако зачастую наши клетки вынуждены откликаться на кратковременные изменения в своем окружении: скажем, если мы пьем алкогольные напитки или вымотались после собеседования при устройстве на работу. Тогда организм обращается к другой системе. Клетки добавляют модификации к гистонам, расположенным рядом с генами. Этот процесс тоже может отключать гены, однако такие модификации сравнительно легко удалить, а значит, при необходимости клетка сумеет быстро включить гены вновь. Гистонные модификации также могут применяться для модулирования экспрессии гена: его можно включить слегка, посильнее, очень сильно, на всю катушку. Метилирование ДНК в этом смысле подобно выключателю, а модификации гистонов — регулятору громкости.

Гистонные модификации могут выступать как механизм тонкой настройки генетической экспрессии благодаря тому, что таких модификаций множество. Если ДНК сравнить с черно-белым изображением (возможно, разбавленным некоторыми оттенками серого в зависимости от уровня метилирования), то гистонные модификации — это яркая цветная картинка. В гистонах есть множество аминокислот, способных подвергаться модификации. К этим многообразным аминокислотам могут пристраиваться по меньшей мере 60 различных химических групп. Это выводит нас на невероятный уровень сложности, поскольку для каждого гена (или для одного и того же гена в разных типах клеток) существуют тысячи возможных комбинаций гистонных модификаций. Клетка интерпретирует их по-разному, поскольку эти модификации будут привлекать различные комплексы белков, контролирующие генетическую экспрессию и картину ее распределения. Одни комбинации будут усиливать экспрессию генов, другие — ослаблять ее.

Отыскать местечко в геноме

Но ученых годами терзала одна загадка. Ферменты, пристраивающие модификации к гистонам, не различают особенностей ДНК-последовательности. Они не связываются с ДНК и не умеют отличать одну ДНК-последовательность от другой. Однако выяснилось, что в присутствии определенного стимула (для разных ферментов он может быть разным) ферменты с высокой точностью модифицируют определенные гистоны. Они добавляют модифицирующие группы к гистонам, расположенным на нужных генах (или удаляют из них модифицирующие группы), игнорируя близлежащие гистоны, связанные с генами, которые их не интересуют.

Перейти на страницу:

Все книги серии Universum

Растут ли волосы у покойника?
Растут ли волосы у покойника?

В науке часто возникают мифы, которые порой отличаются поразительной живучестью. Они передаются из поколения в поколение, появляясь на страницах книг, на интернетовских сайтах, звучат в научных докладах и в разговорах обычных людей.Именно таким мифам и посвятил свою книгу известный немецкий популяризатор науки Э. П. Фишер. Он рассказывает, почему весь мир полагает, что пенициллин открыл Александр Флеминг, а родители троечников утешают себя тем, что великий Эйнштейн в школе тоже не был отличником. Фишер говорит и о мифах, возникших в последние годы, например, о запрограммированности нашей жизни в генах или о том, что мы должны в день выпивать два литра воды. Вероятно, многие с Фишером где-то и не согласятся, но его книга наверняка заставит читателя улыбнуться, а потом задуматься о довольно серьезных вещах.2-е издание.

Эрнст Петер Фишер

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература
Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть
Коннектом. Как мозг делает нас тем, что мы есть

Что такое человек? Какую роль в формировании личности играют гены, а какую – процессы, происходящие в нашем мозге? Сегодня ученые считают, что личность и интеллект определяются коннектомом, совокупностью связей между нейронами. Описание коннектома человека – невероятно сложная задача, ее решение станет не менее важным этапом в развитии науки, чем расшифровка генома, недаром в 2009 году Национальный институт здоровья США запустил специальный проект – «Коннектом человека», в котором сегодня участвуют уже ученые многих стран.В своей книге Себастьян Сеунг, известный американский ученый, профессор компьютерной нейробиологии Массачусетского технологического института, рассказывает о самых последних результатах, полученных на пути изучения коннектома человека, и о том, зачем нам это все нужно.

Себастьян Сеунг

Зарубежная образовательная литература, зарубежная прикладная, научно-популярная литература

Похожие книги

Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки
Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

Как говорит знаменитый приматолог и нейробиолог Роберт Сапольски, если вы хотите понять поведение человека и природу хорошего или плохого поступка, вам придется разобраться буквально во всем – и в том, что происходило за секунду до него, и в том, что было миллионы лет назад. В книге автор поэтапно – можно сказать, в хронологическом разрезе – и очень подробно рассматривает огромное количество факторов, влияющих на наше поведение. Как работает наш мозг? За что отвечает миндалина, а за что нам стоит благодарить лобную кору? Что «ненавидит» островок? Почему у лондонских таксистов увеличен гиппокамп? Как связаны длины указательного и безымянного пальцев и количество внутриутробного тестостерона? Чем с точки зрения нейробиологии подростки отличаются от детей и взрослых? Бывают ли «чистые» альтруисты? В чем разница между прощением и примирением? Существует ли свобода воли? Как сложные социальные связи влияют на наше поведение и принятие решений? И это лишь малая часть вопросов, рассматриваемых в масштабной работе известного ученого.

Роберт Сапольски

Научная литература / Биология / Образование и наука
Физика для всех. Движение. Теплота
Физика для всех. Движение. Теплота

Авторы этой книги – лауреат Ленинской и Нобелевской премий академик Л.Д. Ландау и профессор А.И. Китайгородский – в доступной форме излагают начала общего курса физики. Примечательно, что вопросы атомного строения вещества, теория лунных приливов, теория ударных волн, теория жидкого гелия и другие подобные вопросы изложены вместе с классическими разделами механики и теплоты. Подобная тесная связь актуальных проблем физики с ее классическими понятиями, их взаимная обусловленность и неизбежные противоречия, выводящие за рамки классических понятий, – все это составляет сущность современного подхода к изучению физики. Новое, свежее изложение делает книгу полезной для самого широкого круга читателей.

Александр Исаакович Китайгородский , Лев Давидович Ландау

Научная литература / Физика / Технические науки / Учебники / Образование и наука
Российские университеты XVIII – первой половины XIX века в контексте университетской истории Европы
Российские университеты XVIII – первой половины XIX века в контексте университетской истории Европы

Как появились университеты в России? Как соотносится их развитие на начальном этапе с общей историей европейских университетов? Книга дает ответы на поставленные вопросы, опираясь на новые архивные источники и концепции современной историографии. История отечественных университетов впервые включена автором в общеевропейский процесс распространения различных, стадиально сменяющих друг друга форм: от средневековой («доклассической») автономной корпорации профессоров и студентов до «классического» исследовательского университета как государственного учреждения. В книге прослежены конкретные контакты, в особенности, между российскими и немецкими университетами, а также общность лежавших в их основе теоретических моделей и связанной с ними государственной политики. Дискуссии, возникавшие тогда между общественными деятелями о применимости европейского опыта для реформирования университетской системы России, сохраняют свою актуальность до сегодняшнего дня.Для историков, преподавателей, студентов и широкого круга читателей, интересующихся историей университетов.

Андрей Юрьевич Андреев

История / Научная литература / Прочая научная литература / Образование и наука