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

Такое позитивное отношение было вызвано, по меньшей мере, отчасти, весьма любопытным феноменом, несколько сгладившим тревоги, которые испытывали некоторые ученые перед возможными последствиями клонирования. Когда клонированные животные размножаются естественным путем, их потомство оказывается здоровее своих родителей. Почти наверняка причина этого заключается в перепрограммировании первичных половых клеток. Для создания клонированного животного соматическое ядро переносится в яйцеклетку. Это ядро проходит только через первую стадию перепрограммирования, ту самую, которая имеет место в естественных условиях, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку. Скорее всего, это эпигенетическое перепрограммирование оказывается не абсолютно эффективным, так как заставить яйцеклетку перепрограммировать «не то» ядро — задача нереальная. Вероятно, по этой причине сами клонированные животные и не отличаются богатырским здоровьем.

Когда клонированные животные размножаются естественным образом, они передают потомству или сперматозоид, или яйцеклетку. Прежде чем клон произведет эти гаметы, его первичные половые клетки пройдут через второй цикл перепрограммирования, как это происходит с ними в нормальных условиях. Эта вторая стадия перепрограммирования, очевидно, и перезагружает эпигеном должным образом. Гаметы утрачивают аномальные эпигенетические модификации своих клонированных родителей. Эпигенетикой объясняется не только слабое здоровье клонированных животных, но и отсутствие подобных проблем у их потомства. В действительности, потомство клонированных животных практически неотличимо от животных, родившихся естественным путем.

Вспомогательные репродуктивные технологии (такие как искусственное оплодотворение) сочетают в себе определенные технические аспекты с некоторыми методиками, применяемыми в клонировании. В частности, плюрипотентное ядро может переноситься между клетками, и клетки выращиваются в лаборатории, прежде чем их имплантируют в матку. В научной периодике не утихает полемика по поводу потенциальной опасности, которую таит в себе эта процедура[93]. Некоторые авторы считают, что вспомогательные репродуктивные технологии вызывают нарушения импринтинга во время беременности. Под этими заявлениями подразумевается, что такие процедуры как выращивание оплодотворенных яйцеклеток вне организма могут быть причиной отклонений в жестко выверенной программе контроля перепрограммирования, особенно в областях импринтинга. Однако важно отметить, что по вопросу о клинической релевантности этой проблемы единого мнения на сегодняшний день не существует.

Процесс перепрограммирования генома на ранних этапах развития влечет за собой множество последствий. Он позволяет двум в высшей степени дифференцированным клеточным типам слиться и образовать одну плюрипотентную клетку. Он уравновешивает противоречивые потребности материнского и отцовского геномов и гарантирует, что это состояние равновесия будет восстанавливаться в каждом поколении. Перепрограммирование также не позволяет неподходящим эпигенетическим модификациям переходить от родителя к потомству. Это означает, что даже если клетки аккумулировали потенциально опасные эпигенетические изменения, они будут утрачены прежде, чем их унаследует потомство.

Вот почему мы обычно не наследуем приобретенные признаки. Но существуют определенные регионы генома, такие как ретротранспозоны IAP, которые относительно устойчивы к перепрограммированию. Если мы захотим выяснить, как конкретные приобретенные характеристики — реакции на винклозолин, например, или на питание отца — могут передаваться от родителя потомству, то начать нам свои поиски ответов лучше всего именно с этих ретротранспозонов IAP.

На чисто биологическом и, особенно, анатомическом уровне мужчины и женщины очень непохожи друг на друга. Пожалуй, никогда не прекратятся дискуссии о том, определяются ли разнообразные модели поведения — от склонности к агрессии и до пространственного восприятия — гендерной принадлежностью. Но существуют и конкретные физические характеристики, безусловно связанные с полом. Одними из самых фундаментальных различий между женщинами и мужчинами являются их репродуктивные органы. У женщин это яичники, а у мужчин — яички. У женщин — влагалище и матка, у мужчин — пенис.

Этому есть совершенно обоснованные биологические причины, и, пожалуй, не вызовет удивления тот факт, что сводятся они к генам и хромосомам. В клетках человека содержится по 23 пары хромосом, причем по одной хромосоме в паре получено нами от каждого из родителей. Двадцать две из этих пар (изысканно именуемые по своим порядковым номерам от 1 до 22) называются аутосомами, и каждый член определенной пары аутосомов выглядит очень похожим на свою вторую половинку. Слово «выглядит» мы употребляем в его самом прямом значении. На определенной стадии деления клеток ДНК в хромосомах становится предельно туго закрученной. Однако, воспользовавшись соответствующей техникой, мы можем увидеть хромосомы под микроскопом, а также можем их сфотографировать. До наступления цифровой эпохи генетики в буквальном смысле слова ножницами вырезали изображения отдельных хромосом и складывали их в пары, создавая общую упорядоченную картину. В наши дни подобная обработка изображений выполняется компьютером, но в любом случае в результате мы получаем единую картину всех хромосом в клетке. Называется она кариотипом.

Именно анализ кариотипа помог ученым установить, что в клетках людей с синдромом Дауна присутствуют три копии хромосомы 21. Это явление называется трисомией 21.

Когда мы исследуем человеческий кариотип женщины, мы видим, что у нее 23 пары идентичных хромосом. Но, изучая человеческий кариотип мужчины, мы обнаруживаем иную картину, о чем свидетельствует рисунке 9.1. У мужчин мы наблюдаем 22 выраженные пары — аутосомы — и еще две хромосомы, которые вовсе не похожи друг на друга. Одна очень большая, а другая совсем маленькая. Они называются половыми хромосомами. Большая именуется хромосомой X, а маленькая — хромосомой Y. Нормальный хромосомный состав у человеческих особей мужского пола условно записывается как 46, XY. У женщин он имеет вид 46, XX, поскольку хромосома Y у них отсутствует, но зато есть две хромосомы X.

Рис. 9.1. Кариотип всех хромосом в соматической клетке мужчины (слева) и женщины (справа). Обратите внимание, что в женской клетке содержатся две хромосомы X, но нет хромосомы Y; в мужской клетке — одна хромосома X и одна хромосома Y. Также обратите внимание и на существенную разницу в размерах между хромосомами X и Y