ЖироГен. Почему мы едим все меньше, тренируемся все больше, а худеем все хуже

Термин «эпигенетика» (что буквально означает «поверх генетики») впервые употребил в 1942 году британский ученый Конрад Хэл Уоддингтон. Он предложил теорию генетической ассимиляции, чтобы объяснить некоторые загадки в результатах своих исследований. Речь шла о признаке (фенотипе), который изначально возникал в ответ на условия окружающей среды, однако впоследствии закреплялся в геноме. Уоддингтон считал, что во время своего развития клетка похожа на шар, скатывающийся с холма, усеянного мелкими овражками. От удара о камень или порыва ветра он попадает в одну из ямок. И выбраться оттуда уже совсем непросто. То же происходит у эмбриональных клеток, которые изначально могут образовывать все типы клеток в организме (то есть являются плюрипотентными), но впоследствии их возможность превращаться из одного типа клеток в другой ограничивается (например, мышечные клетки не могут стать мозговыми). На них оказывается так называемое эпигенетическое воздействие, не затрагивающее генетическую информацию. Уоддингтон обнаружил, что может получать экстремальные фенотипы у плодовых мух (дополнительный набор крыльев), обрабатывая их эфиром, и затем размножать их, увеличивая частоту появления таких эффектов. Со временем двойные крылья будут появляться и без воздействия эфира. Хотя Уоддингтон показал, что такие изменения становятся более стабильными у каждого последующего поколения в результате отбора, он был подвергнут резкой критике со стороны своих коллег. Биолог-эволюционист Эрнст Майр считал, что Уоддингтон слишком увлекся трудами Ламарка о наследовании. Но его идеи стали пророческими и подтвердились опытами Майка Скиннера, сотрудников нашей лаборатории и других ученых.

Эпигенетика отвечает за изменения экспрессии генов без изменения основной последовательности ДНК (тех самых букв А, Т, Ц и Г). Она влияет на время и характер экспрессии генов. Эпигенетические метки определяют, будет ли доступен хроматин – материал, из которого состоят наши хромосомы, – комплексу белков, который контролирует экспрессию генов (это называется «транскрипционный механизм»). Если хроматин недоступен, экспрессии близлежащих генов не произойдет даже при наличии всех остальных необходимых факторов. Такие эпигенетические метки могут появляться, исчезать и меняться в ответ на то, что происходит в окружающей среде. То есть ген может атрофироваться в результате мутации (изменения в последовательности ДНК), и это приведет к производству усеченного или дефектного белка. Эпимутация (изменение эпигенетических меток), которая препятствует экспрессии гена, имеет точно такой же эффект – отсутствие функционального белка. Но это происходит по совершенно другой схеме и может привести к экспрессии гена не в том месте или не в то время. Любой из этих процессов может повлиять на работу организма и его реакцию на окружающую среду.

Эпигенетическое воздействие помогает объяснить, почему однояйцевые близнецы могут выглядеть и вести себя по-разному, когда вырастут, и почему у каждого из них есть свои факторы риска, несмотря на то что последовательность ДНК у них одинаковая. Получается, что эпигенетические изменения, которые они приобретают на протяжении всей жизни под влиянием окружающей среды, меняют экспрессию генов их ДНК. Хотите пример? Более 90 % однояйцевых близнецов примерно одного роста, но, если их разлучить, у них вряд ли будут развиваться одинаковые патологии, например алкоголизм, диабет, рак молочной железы или ревматоидный артрит. Это убедительно доказывает силу эпигенетического воздействия.

Эпигенетика стала набирать популярность относительно недавно благодаря достижениям в технологии секвенирования ДНК, которая и позволила обнаружить так называемые эпимутации. Мы уже давно знаем, что окружающая среда может влиять на экспрессию генов. Недавно было совершено новое провокационное открытие: оказывается, эпигенетические изменения, возникающие под воздействием химических веществ, могут передаваться будущим поколениям. Первым это доказал Майк Скиннер из Вашингтонского университета, однако специалисты моей лаборатории и другие ученые также обнаружили, что влияние окружающей среды на физиологию (в нашем случае – ожирение) может передаваться по наследству.

Это означает, что некоторые ваши гены прямо сейчас могут вести себя так же, как гены ваших родителей и даже бабушек и дедушек. То, что мы едим, сколько работаем, где живем, с кем общаемся, сколько спим, и даже то, как мы старимся, в конечном итоге может вызвать изменения эпигенома, в течение долгого времени влияя на экспрессию важных генов. Мы называем это эпигенетическими метками или эпимутациями, а такой тип наследования – эпигенетическим.