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

Однако существуют и другие свидетельства эпигенетической наследственности, передаваемой как самцами, так и самками. Фенотип извитого хвоста у мышей, вызываемый вариативным метилированием ретротранспозона в гене AxinFu (Axin-переключение), может передаваться потомству и отцом, и матерью[45]. Представляется весьма маловероятным, что трансгенерационная наследственность этого признака зависит от внутриматочной среды или цитоплазмы, поскольку влияние на них отцов не слишком велико. Куда более убедительным выглядит предположение, что здесь имеет место передача потомству одним из родителей эпигенетической модификации гена AxinFu.

Эти модельные системы оказались чрезвычайно эффективными для демонстрации того, что трансгенерационная наследственность негенетических фенотипов действительно имеет место, и осуществляется она через эпигенетические модификации. Это стало истинным прорывом. Получены доказательства того, что в некоторых очень специфических ситуациях теория о наследственности Ламарка оказывается верна, и мы можем управлять лежащим в ее основе молекулярным механизмом. Но фенотипы агути и извитого хвоста у мышей зависят от присутствия в геноме определенных ретротранспозонов. Это частный случай или общее правило? И вновь мы возвращаемся к тому, что имеет для нас самое насущное значение. К пище.

Эпигенетика ожирения

Всем нам хорошо известно, что человечество стоит перед угрозой эпидемии ожирения. Она стремительно распространяется по всему миру, с наибольшей скоростью захватывая промышленно развитые страны. Откровенно пугающий график, представленный на рисунке 6.3 и демонстрирующий положение дел в Великобритании по состоянию на 2007 год[46], показывает, что почти двое из каждых трех взрослых страдают избыточным весом (индекс массы тела, то есть соотношение массы тела и роста человека — 25 или больше) или ожирением (индекс массы тела 30 или больше). В США ситуация еще хуже. Ожирение сопутствует целому ряду тяжелых заболеваний, включая сердечно-сосудистые болезни и диабет 2 типа. Страдающие ожирением люди старше сорока лет умирают в среднем на шесть-семь лет раньше, чем люди с нормальной массой тела[47].

Рис. 6.3. Процент населения Великобритании, страдающего избыточной массой тела или ожирением по состоянию на 2007 год

Данные, полученные при изучении последствий Голландской голодной зимы и других гуманитарных катастроф, свидетельствуют, что недостаточное питание во время беременности способно отразиться на потомстве, и результаты этого воздействия могут передаваться последующим поколениям. Иначе говоря, плохое питание может оказывать эпигенетическое влияние на следующие поколения. Согласно опросу населения г. Оверкаликса, хотя эти данные интерпретировать довольно сложно, переедание в ключевые моменты жизни мальчиков может иметь обратные последствия для следующих поколений. Существует ли возможность, что эпидемия ожирения, распространяющаяся среди человечества, вызовет эффект домино для наших детей и внуков? Так как мы не хотим ждать сорок лет, чтобы выяснить, справедливы ли эти предположения, ученые снова обращают свой взор на животных и пытаются предсказать будущее на основании изучения наших меньших братьев.

Первые данные, полученные при исследовании животных, показали, что питание, возможно, и не приводит к радикальным трансгенерационным результатам. Измененная схема окраса шерсти мышат агути, матерям которых во время беременности давали корм, богатый метиловыми «донорами», не передалась следующему поколению[48]. Но, возможно, это слишком специализированная модель? В 2010 году появились две работы, способные дать нам, по меньшей мере, пищу для размышлений. Они были опубликованы в двух ведущих мировых журналах, Nature и Cell. В обеих работах описываются схожие эксперименты — исследователи перекармливали самцов, а затем наблюдали, как это сказывается на их потомстве. Решив проводить эксперименты только с мышами самцами, ученые избавили себя от необходимости задумываться о возможном влиянии внутриматочной среды и цитоплазмы, которое остается главным источником головной боли для исследователей, работающих с самками.

В одном из экспериментов подопытными животными выступили крысы породы Спраг-Доули. Это крысы-альбиносы, обладающие легким характером и уживчивым нравом, благодаря чему они прекрасно чувствуют себя в неволе. В ходе опытов самцам Спраг-Доули давали пищу с высоким содержанием жира и позволяли спариваться с самками, питавшимися обычным кормом. Перекормленные самцы отличались избыточной массой тела (чему едва ли стоит удивляться), имели высокий процент содержания жира в мышцах и демонстрировали многочисленные симптомы, соответствующие диабету 2 типа у человека. Потомство у них родилось с нормальной массой тела, но при этом также обнаруживало свойственные диабету признаки[49]. У них многие гены, контролирующие метаболизм и присущую млекопитающим схему сжигания жиров, оказались «разрегулированными». По непонятным причинам, такие отклонения в большей степени демонстрировали дочери.

Совершенно независимая группа исследователей изучала влияние питания на инбредную линию мышей. Самцам мышей давали корм с резко пониженным уровнем белков. В качестве компенсации в этой диете было значительно увеличено содержание сахара. Самцы спаривались с самками, рацион которых был обычным. Затем ученые исследовали экспрессию генов печени (главного органа, если говорить о метаболизме) трехнедельных мышат, родившихся в результате этих спариваний. Проанализировав достаточно большие количества мышат, они обнаружили, что регуляция многих генов, участвующих в метаболизме, у этого потомства была нарушенной[50]. Кроме того, они выявили и изменения в эпигенетических модификациях в печени этих мышат.

Итак, оба этих исследования говорят нам, что, как минимум у грызунов, питание отца может непосредственно влиять на эпигенетические модификации, экспрессию генов и здоровье его потомства. И вовсе не из-за окружающей среды — тут нет ничего общего с примером из человеческой жизни, в котором ребенок толстеет только по той причине, что папочка перекармливает его недетскими порциями гамбургеров и чипсов. Это прямой эффект, и он имеет место у крыс и мышей настолько часто, что не может быть объяснен лишь вызванными питанием мутациями, так как те попросту не происходят в таких масштабах. Поэтому наиболее вероятной интерпретацией этого явления может быть то, что диета провоцирует эпигенетические изменения, которые могут передаваться от отца ребенку. Хотя это только предварительные выводы, но результаты исследований, в частности, мышей выступают в их поддержку.