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

Иногда мы оказываемся настолько очарованы технологиями, применяемыми в современной биологии, что попросту забываем, как много нового можем узнать, если всего лишь более внимательно будем присматриваться к тому, что нас окружает. Например, нам далеко не всегда требуется сложное лабораторное оборудование, чтобы определить, являются ли два фенотипически разных организма генетически идентичными. Личинки становятся мухами, а гусеницы превращаются в бабочек. Отдельная личинка и взрослая муха, в которую она со временем разовьется, должны обладать одним и тем же генетическим кодом. В процессе метаморфоза личинка отнюдь не обзаводится новым геномом. Значит, личинка и муха используют один и тот же геном, но, совершенно разными способами. Гусеница бабочки-репейницы очень невзрачная на вид, и все ее тело усеяно длинными волосками. Как и у личинки, крыльев у нее нет. Бабочка-репейница—удивительно красивое создание с громадными крыльями, окрашенными в черный и ярко-оранжевый цвета, и без волосков на тельце. И в этом случае отдельная гусеница и бабочка, в которую она превратилась, должны иметь одну и ту же программу ДНК. Однако две пьесы, поставленные по одному сценарию, разительно отличаются друг от друга. Мы вправе предположить, что причиной тому служат эпигенетические явления.

В Европе и Северной Америке обитает горностай вида Mustela ermine. Летом мех этого сильного и ловкого маленького хищника семейства куньих на спинке нежно-коричневый, а на грудке — сливочно-белый. С наступлением холодов его шубка становится абсолютно белой и остается такой, за исключением по-прежнему черного кончика хвоста, на протяжении всей зимы. С приходом весны наряд горностая опять приобретает летние цвета. Мы знаем, что причины этого в гормональных явлениях, вызывающих сезонные изменения окраса меха. Вполне разумно предположить, что эти явления влияют на экспрессию соответствующих генов, определяющих цвет меха, способами, среди которых присутствуют и эпигенетические модификации хроматина.

У млекопитающих обычно существует понятная генетическая причина того, почему самцы являются самцами, а самки — самками.

Функциональная хромосома Y приводит к мужскому фенотипу. У многих видов земноводных, в том числе у крокодилов и аллигаторов, оба пола генетически идентичны. По хромосомам пол крокодила определить невозможно. Будущий пол крокодила и аллигатора зависит от температуры на критических этапах развития яиц — одна и та же генетическая калька используется для появления и самцов, и самок[291]. Мы знаем, что в этом процессе участвует гормональная сигнальная система. Пока не проводились достаточно тщательные исследования вопроса, играют ли эпигенетические модификации свою роль в установлении или стабилизации определяющих пол схем экспрессии генов, но такая возможность представляется вполне вероятной.

Понимание механизмов установления половой принадлежности у крокодилов и их родственников уже в самом ближайшем будущем может стать очень важным требованием для сохранения этих видов. Глобальные перепады температур, вызванные изменениями климата, могут иметь самые неблагоприятные последствия для земноводных, если доля одного или другого пола в их популяциях резко сократится. Некоторые авторы даже высказывают такую точку зрения, что подобный феномен, возможно, привел к вымиранию динозавров[292].

Изложенные выше мысли представляют собой вполне конкретные и легко проверяемые гипотезы. Мы можем выдвинуть огромное множество и других предположений, просто внимательнее наблюдая окружающий нас мир. Довольно рискованно делать какие-либо масштабные заявления по поводу того, каких открытий и откровений можно ждать от новых исследований в области эпигенетики. Это еще очень молодая наука, стремящаяся развиваться в самых разных и подчас неожиданных направлениях. Но давайте все же возьмем на себя смелость сделать некоторые предположения о том, что может произойти в этой области в обозримом будущем.

Начнем с самого очевидного. До 2016 года, по меньшей мере, одна Нобелевская премия по физиологии и медицине будет присуждена кому-либо из ведущих специалистов в эпигенетике. Вопрос только в том, кому именно, поскольку достойных кандидатов и сейчас более чем достаточно.

Многие эпигенетики искренне недоумевают, почему эту премию до сих пор не получила Мэри Лайон за свою удивительно пророческую работу, посвященную инактивации хромосомы X. Хотя в ее ключевых докладах, заложивших концептуальную основу инактивации хромосомы X, и не было приведено много новых экспериментальных данных, но то же самое можно сказать и в отношении основополагающей работы Джеймса Уотсона и Френсиса Крика о строении ДНК[293]. Велико искушение порассуждать на тему того, что для получения Нобелевской премии необходимо, кроме научных достижений, обладать еще и соответствующей половой принадлежностью, однако такая точка зрения отчасти основывается на мифе, выросшем вокруг имени Розалинд Франклин. Работая в области рентгеновской кристаллографии, она получила данные, сыгравшими важную роль в разработке модели ДНК Уотсона—Крика. Когда в 1962 году Нобелевская премия была присуждена Уотсону и Крику, ее также получил руководитель лаборатории Розалинд Франклин, профессор Морис Уилкинс из лондонского Королевского колледжа. Однако сама Розалинд Франклин не была удостоена премии не потому, что была женщиной. Она не смогла получить ее, потому что, как это ни прискорбно, скончалась от рака яичников в возрасте 37 лет, а Нобелевская премия никогда не присуждается посмертно.

На страницах этой книги мы уже встречались с ученым по имени Брюс Каттенач. Кроме работы об эффектах исходного родителя, он также провел несколько новых экспериментов на ранних стадиях изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе подавления хромосомы X[294]. По этой причине большинство исследователей считают его, наряду с Мэри Лайон, достойным кандидатом на получение Нобелевской премии. Мэри Лайон и Брюс Каттенач большую часть своих исследований проводили в 1960-е годы и теперь давно уже на пенсии. Однако Роберт Эдвардс, пионер в экспериментах по оплодотворению в лабораторных условиях, получил Нобелевскую премию в 2010 году в возрасте 85 лет, так что у профессоров Лайон и Каттенача еще есть время и надежда.

Работа Джона Гердона и Шиньи Яманаки, посвященная перепрограммированию клеток, перевернула наши представления о том, как контролируются судьбы клеток, и потому оба они вправе в самое ближайшее время заказывать билеты в Стокгольм. Несколько менее очевидную, но вместе с тем в высшей степени привлекательную команду составили бы Азим Сурани и Эмма Уайтло. Их совместная работа не только ярко продемонстрировала, как обычно перезагружается геном при половом воспроизведении, но и показала, как порой этой процесс может нарушаться и приводить к наследованию приобретенных характеристик. Дэвид Эллис принадлежит к ведущим специалистам в изучении эпигенетических модификаций гистонов, и его кандидатура также выглядит весьма привлекательной, возможно, в партнерстве со светилами в области метилирования ДНК, такими как, в первую очередь, Эдриан Берд и Питер Джонс.