Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает - Эстейер Манель

Позвольте разъяснить вам этот вопрос на примере невымышленной истории одного нашего не такого уж и дальнего родственника — особого типа «мыши».

Агути — грызун, который меняет цвет шерсти

Главного героя нашей истории зовут агути, хотя это не настоящее его имя, а термин, которым обычно именуют грызунов его рода (его научное название — Dasyprocta, не очень гармонично звучит, правда?). Агути — маленькие животные, которые живут в Центральной и Южной Америке. Как правило, их шерстка имеет красивый желто-коричневый окрас, но иногда появляются особи с темной шерсткой. Интересно то, что это происходит не только среди популяций, которые живут на свободе, но и среди лабораторных экземпляров, созданных в большинстве случаев с целью получить генетически однородные особи. В таком случае, если эти грызуны из лаборатории обладают одним и тем же кодом ДНК, как такая разница в цвете вообще возможна?

Для ответа на этот вопрос лучше всего углубиться в его суть. Мы знаем, что окрас этих грызунов зависит от работы гена, который так и называется — агути (зачем усложнять себе жизнь разными обозначениями?). Однако когда феномен отличающегося окраса лабораторных особей был изучен, не было обнаружено ни мутаций, ни каких-либо других генетических различий между желтыми и коричневыми особями. В таком случае… Да! Вы угадали! Между генетически идентичными грызунами существует эпигенетическая разница: у особей с темным окрасом ген агути метилирован, а у обладателей желтой шубки ген деметилирован.

Подождите, самое интересное впереди: окрас желтых особей становится темнее, если им назначить диету, богатую продуктами, содержащими соединения — доноры метильных групп и поставляющими фолат (также называемый фолиевая кислота, или витамин В9, который содержится в разнообразных продуктах, включая овощи с зелеными листьями, печень, мясо, яйца и т. д.) и S-аденозилметионин (который не содержится в продуктах, а вырабатывается нашим обменом веществ согласно потребностям организма и в настоящее время используется для лечения таких болезней, как депрессия, остеоартрит или фибромиалгия).

S-аденозилметионин — молекула, которая используется в качестве источника метильных групп, то есть молекула — донор метильных групп, которые метилируют другие молекулы (например ДНК или гистоны).

Другими словами, мы провоцируем метилирование гена агути с помощью внешнего агента, которым в данном случае является пища, содержащая доноры метильных групп. Еще минуту, пожалуйста, мы пока не закончили! Держитесь крепче, так как мы приближаемся к моменту крутого спуска, как на американских горках. Оказалось, что эти грызуны, изначально желтые, изменив окрас благодаря питанию, которое вызвало метилирование гена агути, дали потомство с темным окрасом. Для того чтобы вернуть им желтый цвет, нужно изменить их рацион, лишив его фолатов и S-аденозилметионина, то есть метильных групп.

Так и укачать может! От желтого к темно-коричневому и от темно-коричневого к желтому!

Любопытно, что это колесо, как колеса для домашних хомяков (лучше метафоры и не придумаешь), могло бы крутиться и крутиться вечно, потому что эти грызуны, в диету которых входили доноры метильных групп, имели темный окрас, так же как и их потомство, получившее так называемое эпигенетическое наследство (мы уже говорили о нем в предыдущей главе в контексте голландского голода), благодаря которому определенный внешний стимул (в нашем случае диета, богатая метильными группами) вызвал эпигенетические изменения, которые передались последующим поколениям.

Наконец, не хотелось бы показаться занудами с этими несчастными мышками, но, обращаясь к этой истории, мы хотели обратить ваше внимание на важную вещь. Этот тип грызунов и изменение его окраса помогли нам понять два очень существенных аспекта эпигенетических изменений: во-первых, как именно эти изменения (в нашем случае метилирование ДНК) приводят к тому, что генетически идентичные особи обладают разными фенотипами, а во-вторых, как генетическое изменение наследуется, или переходит от родителей к детям.

Представьте, что бы произошло, если бы, как в случае с агути, мы могли по желанию менять цвет кожи людей так, как мы это сделали с нашими грызунами. Сколько несчастий и жестокостей мы смогли бы предотвратить или, кто знает, сколько бы мы их породили!

С другой стороны, возможно, мы бы поняли, что хотя цвет нашей кожи можно изменить, внутри мы все более или менее похожи, со всеми нашими страхами и желаниями.

В поисках наследия

В последние годы подобных исследований, но на материале человеческой ДНК, было проведено крайне мало, одно из них — результат работы нашей исследовательской группы. Мы хотели убедиться, существуют ли, помимо генетических вариаций, которые делают людей отличными друг от друга, эпигенетические модификации, которые могли бы объяснить богатство разнообразия нашего вида.

Для этого мы глубоко изучили метилирование ДНК и смогли выделить несколько групп людей разного географического происхождения. Среди тысяч незначительных эпигенетических переменных, обнаруженных у этих групп, некоторые из изменений происходили в генах межклеточных коммуникаций, задействованных в пигментации кожи, например в обмене меланина.

Сейчас, когда мы уже знаем, что эпигенетические модификации динамичны, было бы здорово думать, что по мере того как первые люди покидали Сомали (регион, откуда мы все происходим), эпигеном их кожи начал изменяться, чтобы адаптироваться к новым климатическим условиям новых территорий. Хочется проиллюстрировать рассредоточение нашего вида по всему миру и изменение цвета кожи строками из великолепного стихотворения Антонио Мачадо: «Помни, путник, твоя дорога — только след за твоей спиной» (Перевод В. Стобова).

А сейчас повторим

На эту тему существует одно интересное, но противоречивое исследование, в котором был установлен факт наличия в крови и других тканях человеческого организма микроРНК (маленьких РНК, играющих важную роль в регуляции экспрессии многих генов и белков, которые они кодируют). Самым неожиданным оказалось то, что происходят они из растений, а именно из риса! Эти микроРНК наблюдаются у многих живых существ, в том числе и у людей, и производятся самим организмом, чтобы регулировать функции клетки. Настоящим открытием было то, что некоторые микроРНК, произведенные растениями и попавшие в организм человека в виде пищи, способны встраиваться в этот организм и регулировать его функционирование! Это оказалось настоящим прорывом и стало ярким примером того, как сильно то, что мы едим, влияет на функционирование нашего организма, в нашем случае путем эпигенетических процессов.

Межклеточная коммуникация — передача сигнала, которая заключается в функционировании систем, благодаря которым клетка способна отвечать на сигналы, приходящие вне и внутри клетки. Как только клетка (гормон, фактор роста и т. д.) получает сигнал, происходит активация цепочки группы белков, которая в конечном счете приводит к ответу клетки.

Мы только что убедились, что одно эпигенетическое различие может обеспечить разницу в цвете кожи людей, а что, если откроют другие различия, которые объяснят богатое разнообразие человеческого вида?

На самом деле, помимо эпигенетических различий метаболических процессов, связанных с цветом кожи, также были обнаружены, как мы чуть позже убедимся, различия в метилировании ДНК, связанные с повышенной восприимчивостью к вирусным и бактериальным инфекциям. Это имеет огромное значение, потому что могло бы объяснить различную склонность к развитию той или иной болезни среди людей различного географического происхождения и, как следствие, предотвратить или даже окончательно победить эти болезни. Повторимся, эпигенетика — ключ к поддержанию нашего здоровья.