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

На конференции, состоявшейся в Кембридже в 2010 году, эта группа исследователей сообщила, что одним из главных факторов изменения окружающей среды в Исландии с 1820 года и по настоящий день стала замена традиционного для населения страны рациона на режим питания, принятый в континентальной Европе[302]. Привычная прежде для исландцев диета в основном состояла из сушеной рыбы и ферментированного масла. Последнее очень богато масляной кислотой, являющейся слабым ингибитором гистондеацетилазы. Ингибиторы гистондеацетилазы могут менять функции мышечных волокон в кровеносных сосудах[303], что очень характерно для того типа инсульта, от которого гибнут люди с этой мутацией. Пока нет формальных доказательств, что именно сокращение приема с пищей ингибиторов гистондеацетилазы стало причиной смертности в более раннем возрасте представителей исследуемых групп, однако эта гипотеза выглядит достаточно правдоподобной.

Фундаментальная эпигенетика является той научной дисциплиной, в которой наиболее сложно делать какие-либо прогнозы. Наверняка, пожалуй, можно утверждать лишь то, что эпигенетические механизмы будут продолжать неожиданно проявлять себя в самых непредсказуемых областях науки. Достойным примером этому может служить сделанное недавно открытие в области природы циркадных ритмов — естественных околосуточных циклических колебаний физиологических и биохимических процессов, свойственных подавляющему большинству живых существ. Было доказано, что гистоновая ацетилтрансфераза является ключевым белком, участвующим в установлении этого ритма[304], а сам ритм регулируется по меньшей мере еще одним другим эпигенетическим ферментом[305].

Вполне вероятно и то, что нам предстоит узнать, что некоторые эпигенетические ферменты способны влиять на клетки самыми разными способами. Предположить это заставляет то, что довольно многие из этих ферментов не только модифицирует хроматин. Они также способны модифицировать и другие белки в клетке, а это значит, что эти ферменты могут действовать одновременно сразу в нескольких направлениях. Более того, ученые уже выдвигают предположения, что некоторые из модифицирующих гистоны генов на самом деле возникли до того, как в клетках оказались гистоны[306]. Это заставляет думать, что эти ферменты изначально обладали иными функциями и в ходе эволюционного развития были насильно преобразованы в контроллеры экспрессии генов. Таким образом, мы не должны слишком удивляться, когда и если обнаружим, что некоторые ферменты выполняют в наших клетках более чем одну функцию.

Некоторые из наиболее фундаментальных вопросов, касающихся молекулярной механики эпигенетики, по-прежнему остаются для нас загадочными. Наши знания о том, как именно конкретные модификации устанавливаются на определенных позициях в геноме, очень фрагментарны. Мы только начинаем понимать, какую роль в этом процессе играют некодирующие РНК, однако в наших представлениях об этом все еще слишком много белых пятен. Мы также далеко не до конца отдаем себе отчет в том, как гистоновые модификации передаются от материнской клетки дочерним клеткам. Есть абсолютная уверенность в том, что такая передача имеет место, так как она является частью молекулярной памяти клеток, позволяющей им продолжать следовать своей судьбе, но мы не знаем, как именно это происходит. Когда ДНК копируется, гистоновые белки сдвигаются на одну сторону. На новой копии ДНК может оказаться относительно мало модифицированных гистонов. Вместо этого она может быть окружена девственными гистонами, практически лишенными каких-либо модификаций. Это состояние корректоруется очень быстро, но мы совершенно не понимаем, как именно это происходит, даже несмотря на то, что этот вопрос является одной из самых фундаментальных проблем всей эпигенетики.

Вполне возможно, что нам не удастся найти ответ на этот вопрос до тех пор, пока мы не вооружимся технологиями и мышлением, выходящими за рамки традиционных двух измерений и позволяющими проникнуть в новый, трехмерный мир. Мы слишком привыкли думать о геноме в линейных терминах, представляя его состоящей из оснований цепочкой, которая может быть прочитана только последовательно и без затей. Реальность же в том, что разные области генома согнуты и свернуты, и, контактируя между собой, они создают новые комбинации и регуляторные подгруппы. Мы представляем себе наш генетический материал неким обычным сценарием, однако на самом деле он больше похож на сложенные гармошкой страницы журнала «Мэд», когда, складывая их определенным образом под разными углами, мы каждый раз получаем новую картинку. Понимание этого процесса может стать принципиально важным условием реального проникновения в тайны того, как взаимодействуют эпигенетические модификации и сочетания генов, создавая в результате этого процесса такое чудо как червь, или дуб, или крокодил.

Или человек.

Итак, вот резюме того, что нам следует ждать от эпигенетических исследований в следующее десятилетие. У людей появятся новые надежды, многие из которых будут неоправданными, излишне многообещающими, заводящими в тупики, вынуждающими делать неверные повороты и двигаться в ложных направлениях, а иногда и заставляющими идти на подлог. Наука — человеческое изобретение, и временами ей тоже свойственно ошибаться, однако к концу следующего десятилетия мы обязательно получим гораздо больше ответов на самые животрепещущие вопросы биологии. Сейчас мы не можем предположить, какими будут эти ответы, а во многих случаях мы даже не имеем представления, на какие вопросы они будут даны, но в одном мы можем быть уверены абсолютно.

Эпигенетическая революция продолжается.