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

Работы с мышами заложили прочный фундамент для удивительной серии экспериментов, которые продемонстрировали, что воспроизводство у млекопитающих далеко не ограничивается исключительно процессом родов. Признанным мировым светилом в этой области является профессор Азим Сурани из Кембриджского университета, который начинал свою научную карьеру и получил докторскую степень, работая под руководством Роберта Эдвардса. А так как профессор Эдвардс получил начальное исследовательское образование в лаборатории Конрада Уоддингтона, то мы с полным правом можем считать Азима Сурани интеллектуальным внуком Уоддингтона.

Азим Сурани принадлежит к той славной когорте британских ученых, которые, невзирая на свой статус, очень легко относятся к собственной славе. Действительный член Королевского научного общества, он является кавалером Ордена Британской империи III степени, обладателем престижной Габоровской медали и Королевской медали Королевского научного общества. Следуя по стопам Джона Гердона и Эдриана Берда, он продолжает открывать новые земли в своих странствованиях по океану исследований, в которые он пустился более четверти века назад.

Приступив к работе в середине 1980-х годов, Азим Сурани выполнил программу экспериментов, безоговорочно продемонстрировавших, что система воспроизведения млекопитающих далеко не ограничивается одним лишь процессом родов. Мы нуждаемся в биологическом отце и биологической матери отнюдь не только потому, что только таким образом два гаплоидных генома могут слиться и образовать одно диплоидное ядро. Огромнейшее значение имеет тот факт, что одну половину нашей ДНК мы наследуем у матери, а другую — у отца.

На рисунке 7.1 показано, как выглядит только что оплодотворенная яйцеклетка, еще до слияния в ней двух геномов. Рисунок, конечно, во многом упрощен и гиперболизирован, но он выполняет поставленную перед ним задачу. Гаплоидные ядра яйцеклетки и сперматозоида называются пронуклеусами.

Рис. 7.1. Яйцеклетка млекопитающего сразу же после проникновения в нее сперматозоида, но до слияния двух гаплоидных (с половинным набором хромосом) пронуклеусов. Обратите внимание на разницу в размерах пронуклеусов яйцеклетки и сперматозоида

Мы видим, что женский пронуклеус значительно крупнее мужского. Для экспериментальных целей это имеет большое значение, поскольку мы можем визуально различать женский и мужской пронуклеусы. А так как мы можем отличать их друг от друга, у ученых появляется возможность переносить пронуклеус из одной клетки в другую и быть абсолютно уверенными в том, чей именно пронуклеус был перенесен. Исследователи четко представляют, с каким пронуклеусом они работают: с выделившимся из отцовского сперматозоида (мужской пронуклеус) или из материнской яйцеклетки (женский пронуклеус).

Много лет назад профессор Гердон пользовался крошечными микропипетками, чтобы переносить ядра соматических клеток лягушек в лягушачьи икринки. В распоряжении Азима Сурани были более современные технологии для переноса пронуклеусов из одних оплодотворенных яйцеклеток мышей в другие. Затем искусственно оплодотворенные яйцеклетки имплантировались самкам мышей, и там уже продолжалось их развитие. Было важно поместить пронуклеусы именно в оплодотворенные яйцеклетки, поскольку только в них создается необходимая среда для формирования и развития эмбриона после слияния двух иронуклеусов. По той же причине Джон Гердон использовал оплодотворенные лягушачьи икринки в своих работах по перепрограммированию, а Кит Кэмпбелл и Иэн Вилмут воспользовались оплодотворенной яйцеклеткой в качестве реципиента, когда клонировали овечку Долли.

Во множестве работ, опубликованных преимущественно между 1984 и 1987 годами, профессор Сурани продемонстрировал, что для создания новых живых мышат необходимо иметь и мужской, и женский пронуклеус. Графически это показано на рисунке 7.2.

Рис. 7.2. Резюме результатов ранних экспериментов Азима Сурани. Пронуклеус извлекался из яйцеклетки мыши. Затем в эту донорскую яйцеклетку помещались два гаплоидных пронуклеуса, и получившаяся в результате диплоидная яйцеклетка имплантировалась в суррогатную мать. Живые мышата рождались только из тех яйцеклеток, в которых были представлены один мужской и один женский пронуклеус. Эмбрионы яйцеклеток, состоявших из двух мужских или двух женских пронуклеусов, не развивались должным образом и погибали в процессе развития.

Для отслеживания влияния разных геномов ДНК исследователи использовали инбредные линии мышей. Благодаря этому была обеспечена генетическая идентичность всех трех типов оплодотворенных яйцеклеток, показанных на диаграмме. И несмотря на их полную генетическую идентичность, серии экспериментов, проведенных Азимом Сурани и его коллегами[53][54][55], а также исследования, независимо проведенные в лабораториях Давора Солтера[56] и Брюса Каттенача[57], дали однозначные результаты. Если в оплодотворенной яйцеклетке присутствовали только два женских или два мужских пронуклеуса, мышата никогда не рождались живыми. Для этого необходимо иметь по одному пронуклеусу каждого пола.

Это абсолютно уникальное открытие. Во всех трех случаях, представленных на диаграмме, в зиготе присутствовало строго одинаковое количество генетического материала. Каждая зигота обладала диплоидным геномом (двумя копиями каждой хромосомы). Если бы единственным условием, необходимым для создания нового индивидуума, было количество ДНК, тогда бы во всех трех типах оплодотворенных яйцеклеток сформировались и развились полноценные мышата.

Одного лишь количества еще недостаточно

Результаты этих экспериментов подводят нас к революционному открытию — материнский и отцовский геномы могут нести одинаковую ДНК, но функционально они не эквивалентны. Для появления потомства недостаточно иметь правильный набор отрегулированных последовательностей ДНК. Мы должны унаследовать ДНК как у отца, так и у матери. Каким-то образом наши гены «помнят», от кого они произошли. И нормально функционировать они будут только в том случае, если были получены от «правильного» родителя. Одного лишь нужного количества копий каждого гена далеко не достаточно для полноценного развития и здоровой жизни.