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

Исследователи из Колумбийского университета и Ракового центра Слоуна-Кеттеринга, первыми разработавшие САГК, тут же получили патент на свое открытие. Затем они заключили договор с компанией под названием «Атон Фарма» на создание из САГК лекарственного препарата. В 2004 году, когда это средство продемонстрировало первые обнадеживающие результаты в лечении кожной Т-клеточной лимфомы, «Атон Фарма» была приобретена гигантским фармацевтическим концерном «Мерк» за сумму, превышающую 120 миллионов долларов. Не приходится сомневаться в том, что «Атон Фарма» затратила миллионы долларов на доведение САГК до стадии лекарственного средства. Разработка лекарственных препаратов — весьма дорогостоящее занятие. Две компании, выпустившие на рынок ингибиторы ДНМТ1, относительно недавно были куплены более серьезными фармацевтическими фирмами, причем стоимость каждой сделки составили почти 3 миллиарда долларов[191]. Если компания затрачивает астрономические суммы денег на разработку или приобретение нового лекарственного препарата, то она вряд ли станет вести себя подобно пьяному матросу, когда дело дойдет до клинических испытаний.

Конечно, значительно большего прогресса можно было бы достичь, если бы мы могли проводить клинические испытания, заранее представляя себе, на борьбу с какими видами рака ориентировано то или иное средство, чем продолжать действовать, полагаясь на слепую удачу. К сожалению, большинство исследователей сходятся во мнении, что испытания противораковых препаратов на животных не позволяют в полной мере судить о том, насколько эти же средства окажутся эффективными при лечении рака у людей. Если говорить до конца откровенно, то это относится не только к противораковым препаратам, нацеленным на эпигенетические ферменты, но и практически ко всей онкологической фармации.

В стремлении обойти эту проблему исследователи как теоретических, так и практических областей пытаются сейчас найти следующее поколение эпигенетических мишеней в онкологии. ДНМТ1 принадлежит к числу ферментов относительно широкого поля деятельности. Метилирование ДНК это, скорее, все или ничего — подлежит ли CpG метилированию или нет? Не проявляют особую избирательность обычно и ГДАЦ. Если им удается получить доступ к ацетилированному лизину на отростке гистона, они удаляют эту ацетиловую группу. На отростке гистона обычно присутствует много лизинов — на гистоне H3, например, их семь. САГК способны подавлять, по меньшей мере, десять различных ферментов ГДАЦ. Вполне вероятно, что каждый из этого десятка способен дезацетилировать любой из семи лизинов на отростке H3, а это вряд ли можно назвать примером точной настройки.

Легких побед не бывает

Вот почему фармакологические исследования сейчас направлены на изучение различных эпигенетических ферментов, которые значительно более ограничены в своей деятельности, чтобы определить, какие из них играют важную роль в развитии разных видов рака. Главная причина этого в том, что проще будет понять клеточную биологию ферментов относительно ограниченного поля деятельности, а это, в свою очередь, поможет определить, какие лекарственные средства окажутся наиболее эффективными для борьбы с тем или иным видом рака.

Первая проблема в осуществлении этих планов выглядит довольно обескураживающей. Какие именно белки нужно исследовать? Существует, пожалуй, не меньше сотни ферментов, накладывающих или удаляющих гистоновые модификации («писателей» и «ластиков» эпигенетического кода). Наверное, не уступают им в численности и белки, считывающие эпигенетический код. Наша задача еще более усложняется тем, что многие из этих «писателей», «ластиков» и «читателей» активно взаимодействуют друг с другом. Как же нам приступить к определению наиболее подходящих кандидатов на главные роли в новых программах по разработке лекарственных средств?

В нашем распоряжении нет таких химических соединений как 5-азацитидин и САГК, на которые мы могли бы опереться в своих исследованиях, поэтому нам остается только рассчитывать на собственные относительно неполные знания рака и эпигенетики. Одна из тем, обещающих принести плоды, состоит в изучении того, как гистоновые и ДНК модификации действуют в тандеме.

Наиболее сильно репрессированные участки генома отличаются высокими уровнями метилирования ДНК и чрезвычайной компактностью. ДНК в них становится предельно туго закрученной и практически недостижимой для ферментов, транскрибирующих гены. Но наибольшую важность представляет вопрос о том, как эти области подвергаются жесткой репрессии. Модель этого процесса продемонстрирована на рисунке 11.3.

Рис. 11.3. Схематические изображение того, как различные виды эпигенетических модификаций взаимодействуют друг с другом, постепенно создавая все более жестко репрессированный и туго закрученный участок хромосомы, в результате чего клетке становится чрезвычайно сложно экспрессировать гены с этого участка

На этой модели показана последовательная цепочка событий, приводящих клетку во все более репрессивное состояние. В соответствии с этой моделью, репрессивные гистоновые модификации притягивают метилтрансферазы ДНК, которые осуществляют метилирование ДНК в области этих гистонов. Это метилирование, в свою очередь, притягивает больше модифицирующих репрессивные гистоны ферментов, в результате чего возникает неизменный цикл, что, в свою очередь, приводит к формированию все более неблагоприятного для экспрессии генов участка.

Данные экспериментов подтверждают, что во многих случаях эта модель соответствует действительности. Репрессивные гистоновые модификации могут выступать в роли «наживки» для привлечения метилирования ДНК к промотору гена-супрессора новообразований. Одним из наиболее ярких примеров этого является эпигенетический фермент, который мы уже встречали в предыдущей главе, под названием EZH2. Белок EZH2 добавляет метиловые группы к лизиновой аминокислоте в позиции 27 на гистоне H3. Эта аминокислота известна как H3K27. К — это однобуквенный код лизина (L — код другой аминокислоты, которая называется лейцин).

Метилирование H3K27 само по себе может подавить экспрессию гена. Однако, по меньшей мере в некоторых типах клеток млекопитающих, это гистоновое метилирование привлекает метилтрансферазы ДНК к тому же самому участку хроматина[192][193]. В число метилтрансфераз ДНК входят ДНМТ3А и ДНМТ3Б. Это важно, поскольку ДНМТ3А и ДНМТ3Б способны осуществлять процесс, известный как независимое метилирование ДНК. Иначе говоря, они могут метилировать необработанную ДНК и создавать совершенно новые участки чрезвычайно репрессированного хроматина. В результате, клетка получает возможность превратить относительно непостоянную репрессивную метку (метилирование H3K27) в более стабильное метилирование ДНК.