Читаем The Epigenetics Revolution полностью

One of the first aspects to be studied was the effect of the famine on the birthweights of children who had been in the womb during the famine. If a mother was well-fed around the time of conception and malnourished only for the last few months of the pregnancy, her baby was likely to be born small. If, on the other hand, the mother suffered malnutrition for the first three months of the pregnancy only (because the baby was conceived towards the end of this terrible episode), but then was well-fed, she was likely to have a baby with normal body weight. The foetus ‘caught up’ in body weight, because foetuses do most of their growing in the last few months of pregnancy.

But here’s the thing – epidemiologists were able to study these groups of babies for decades and what they found was really surprising. The babies who were born small stayed small all their lives, with lower obesity rates than the general population. Even more unexpectedly, the adults whose mothers had been malnourished only early in their pregnancy had higher obesity rates than normal. Recent reports have shown a greater incidence of other health problems as well, including certain aspects of mental health. If mothers suffered severe malnutrition during the early stages of pregnancy, their children were more likely than usual to develop schizophrenia. This has been found not just in the Dutch Hunger Winter cohort but also in the survivors of the monstrous Great Chinese Famine of 1958 to 1961, in which millions starved to death as a result of Mao Tse Tung’s policies.

Even though these individuals had seemed perfectly healthy at birth, something that had happened during their development in the womb affected them for decades afterwards. And it wasn’t just the fact that something had happened that mattered, it was when it happened. Events that take place in the first three months of development, a stage when the foetus is really very small, can affect an individual for the rest of their life.

This is completely consistent with the model of developmental programming, and the epigenetic basis to this. In the early stages of pregnancy, where different cell types are developing, epigenetic proteins are probably vital for stabilising gene expression patterns. But remember that our cells contain thousands of genes, spread over billions of base-pairs, and we have hundreds of epigenetic proteins. Even in normal development there are likely to be slight variations in the expression of some of these proteins, and the precise effects that they have at specific chromosomal regions. A little bit more DNA methylation here, a little bit less there.

The epigenetic machinery reinforces and then maintains particular patterns of modifications, thus creating the levels of gene expression. Consequently, these initial small fluctuations in histone and DNA modifications may eventually become ‘set’ and get transmitted to daughter cells, or be maintained in long-lived cells such as neurons, that can last for decades. Because the epigenome gets ‘stuck’, so too may the patterns of gene expression in certain chromosomal regions. In the short term the consequences of this may be relatively minor. But over decades all these mild abnormalities in gene expression, resulting from a slightly inappropriate set of chromatin modifications, may lead to a gradually increasing functional impairment. Clinically, we don’t recognise this until it passes some invisible threshold and the patient begins to show symptoms.

The epigenetic variation that occurs in developmental programming is at heart a predominantly random process, normally referred to as ‘stochastic’. This stochastic process may account for a significant amount of the variability that develops between the MZ twins who opened this chapter. Random fluctuations in epigenetic modifications during early development lead to non-identical patterns of gene expression. These become epigenetically set and exaggerated over the years, until eventually the genetically identical twins become phenotypically different, sometimes in the most dramatic of ways. Such a random process, caused by individually minor fluctuations in the expression of epigenetic genes during early development also provides a very good model for understanding how genetically identical Avy/a mice can end up with different coat colours. This can be caused by randomly varying levels of DNA methylation of the Avy retrotransposon.

Such stochastic changes in the epigenome are the likely reason why even in a totally inbred mouse strain, kept under completely standardised conditions, there is variation in body weight. But once a big environmental stimulus is introduced in addition to this stochastic variation, the variability can become even more pronounced.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука