Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности - Несса Кэри

Такое разделение внутриклеточной массы для образования двух самостоятельных эмбрионов обычно считается случайным событием. Это мнение согласуется с периодичностью рождения М3 близнецов, которая, по большому счету, равномерно распределена по всему населению земли, как и с тем фактом, что эта особенность не передается по наследству. Мы привыкли думать, что однояйцевые близнецы рождаются очень редко, однако это не совсем так. Приблизительно одна из каждых 250 доношенных беременностей заканчивается рождением пары М3 близнецов, а это значит, что на сегодняшний день в мире насчитывается около 10 миллионов пар однояйцевых близнецов.

Для ученых М3 близнецы представляют особенный интерес по той причине, что помогают определить, до какой степени генетика является движущей силой таких важных жизненных событий, как определенные заболевания. Они дают нам возможность математически исследовать связи между последовательностями наших генов (генотипом) и нашей внешностью (фенотипом), будь то рост, состояние здоровья, наличие или отсутствие веснушек и все прочее, что мы хотели бы измерить. Для этого нужно подсчитать, насколько часто оба близнеца в паре бывают подвержены одному и тому же заболеванию. В науке этот показатель называется коэффициентом совпадения.

Ахондроплазия, довольно распространенная форма синдрома «карлика-коротконожки», является одним из примеров заболеваний, которые практически неизбежно поражают М3 близнецов в одинаковой степени. Если один из близнецов страдает ахондроплазией, значит, она обнаруживается и у второго. Коэффициент совпадения в данном случае составляет 100 процентов. И это не удивительно, если учесть, что ахондроплазия вызывается определенной генетической мутацией. Если эта мутация присутствовала в яйцеклетке или в сперматозоиде, которые, соединившись, сформировали зиготу, то все дочерние клетки, образующие внутриклеточную массу и, впоследствии, два эмбриона, также будут нести в себе эту мутацию.

Однако относительно немногие заболевания дают 100-процентный коэффициент совпадения, поскольку большинство болезней не провоцируются одной непреодолимой мутацией в ключевом гене. Отсюда вытекает вопрос, как определить, играет ли генетика какую-либо роль, и, если да, то насколько эта роль важна. И вот тут-то изучение близнецов приобретает первостепенное значение. Если мы исследуем большие группы М3 близнецов, то сможем определить, какой процент их продемонстрирует совпадение или несовпадение в подверженности определенным заболеваниям. Если заболевает один из близнецов, то обнаружится ли та же болезнь и у другого?

На рисунке 5.1 представлен график, показывающий коэффициенты совпадений для шизофрении. На основании его можно сделать вывод, что чем ближе наши родственные связи с человеком, страдающим этим заболеванием, тем выше вероятность того, что оно может проявиться и у нас. Наиболее важные для нас позиции на графике, на которые следует обратить особое внимание, это две полоски в самом низу, обозначающие близнецов. С их помощью мы можем сравнить коэффициенты совпадения у однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Двуяйцевые близнецы развиваются в одной и той же среде (матке), но генетически они не более похожи друг на друга, чем любые другие братья и сестры, поскольку возникли из двух обособленных зигот вследствие оплодотворения двух яйцеклеток. Результаты сравнения коэффициентов совпадения двух типов близнецов важны по той причине, что, по сути, оба близнеца в паре (как однояйцевые, так и двуяйцевые) в процессе развития делят одну и ту же среду обитания. Если бы шизофрения была следствием влияния факторов среды, мы были бы вправе ожидать близкое подобие в коэффициентах совпадения для этого заболевания у однояйцевых и двуяйцевых близнецов. Однако мы видим, что если шизофренией заболевает один из двуяйцевых близнецов, то шансы второго на приобретение этого же заболевания составляют 17 процентов. А у М3 близнецов эта вероятность подскакивает чуть ли не до 50 процентов. Риск заболеть шизофренией у однояйцевых близнецов почти втрое превышает ту же опасность для двуяйцевых близнецов, и отсюда мы можем сделать вывод, что развитие шизофрении обусловлено неким важным генетическим компонентом.

Рис. 5.1. Коэффициенты совпадения для шизофрении. Чем в более близком генетическом родстве состоят два человека, тем выше вероятность того, что, при наличии у одного из них этого заболевания, оно же разовьется и у второго. Однако даже у генетически идентичных монозиготных близнецов коэффициент совпадения для шизофрении не достигает 100 процентов. Данные взяты из «Доклада главного врача государственной службы здравоохранения США о психическом здоровье» http://www.suraeonaeneral.aov/librarv/mentalhealth/chaDter4/sec41.html#etioloav

Другие аналогичные исследования показали, что некий генетический компонент лежит в основе значительного количества и других присущих человеку заболеваний, в том числе рассеянного склероза, биполярного аффективного расстройства, системной красной волчанки и астмы. Это оказалось чрезвычайно важно для понимания значения генетической восприимчивости к целому комплексу заболеваний.

Но во многих отношениях еще более любопытной представляется обратная сторона этого вопроса. Не так интересны с научной точки зрения М3 близнецы, у которых развивается одно и то же заболевание. Намного более интригующими для исследователей представляются М3 близнецы, не дублирующие друг друга, когда у одного проявляется, например, параноидная шизофрения, а другой остается психически полностью здоровым, Почему два генетически идентичных индивидуума, в большинстве случаев существующих в очень схожих условиях, обладают столь различными фенотипами? Или, скажем, почему оба М3 близнеца крайне редко оказываются подвержены диабету 1 типа? Что еще, кроме генетического кода, может приводить к таким результатам?

Как эпигенетика вбивает клин между близнецами

Одним из возможных объяснений могло бы быть то, что совершенно случайно один из близнецов, страдающий шизофренией, спонтанно приобрел мутации в генах в определенных клетках, например, головного мозга. Это могло бы иметь место, если бы механизм репликации ДНК вдруг дал сбой в какой-то момент в процессе развития головного мозга. Эти изменения могли бы повысить восприимчивость этого близнеца к данному заболеванию. Такое развитие событий теоретически возможно, но ученым не удалось собрать достаточно данных в подтверждение этой теории.

Конечно, стандартный ответ всегда сводится к тому, что разница между близнецами обусловлена различиями в окружающей среде, в которой они находятся. Иногда это совершенно справедливо. Если бы мы исследовали, например, продолжительность жизни близнецов, то один из них, попавший под автобус 47-го маршрута и погибший под его колесами, несомненно, свидетельствовал бы в пользу теории о влиянии различий окружающей среды. Но это слишком экстремальный сценарий. Многие близнецы живут в очень схожих условиях, особенно на ранних этапах своего развития. Однако вполне вероятным представляется то, что какие-то многочисленные едва уловимые различия в их окружающей среде, которые очень трудно отследить корректно, действительно существуют.