Эпигенетика в начале 21 века

На рубеже веков чётко оформилось новое научное направление — эпигенетика (термин был предложен английским биологом Конрадом Уоддингтоном ещё в 1942 г.). Если генетика изучает процессы, которые ведут к изменениям в генах, в ДНК, то эпигенетика исследует изменения активности генов, при которых первичная структура ДНК остается прежней. Как выразился другой английский учёный нобелиат Питер Медавар, «генетика предполагаета эпигенетика располагает».

К. УОДДИНГТОН (1905--1975)

Конрад Уоддингтон     (1905—1975)

Сэр Питер Медавар (1915--1987)

          Сэр Питер Медавар                       (1915—1987)

Однако роль эпигенетки в эволюции ещё мало понята, что обсуждалось в моей давней статье «Этюды о биологической памяти» (ХиЖ, 1984, № 2):  <Биол. память> .

Сейчас исследования в этой области идут широким фронтом, причём они охватывают и медицинские аспекты. О состоянии таких работ в самом начале века говорилось в моём маленьком обзоре (по материалам «Nature», 2003, v.421, p.686), опубликованном в «Новостях науки» (ХиЖ, 2003, № 12):

Медицинская эпигенетка

Давно замечено, что многие заболевания носят врожденный характер, и для некоторых из них уже найдены четкие молекулярные причины — мутации в определенных генах. Но в последние годы накопились данные, которые не укладываются в концепцию мутаций. Так, нередки случаи, когда только один из однояйцевых близнецов в сходных условиях заболевает шизофренией, а эта патология считается наследственной. Известны злокачественные опухоли, когда ДНК раковых клеток не содержат мутаций, и онколог А. Фейнберг из Института Джонса Хопкинса в Балтиморе считает этот факт обнадеживающим: ведь нормализовать работу клетки должно быть проще в том случае, если ее генотип неизменен.

У наследственной информации есть составляющая, не связанная напрямую с последовательностью нуклеотидов ДНК. Ее называют эпигенетической, то есть надгенетической: над линейным текстом ДНК имеется надстройка — как бы система каталогов и перекрестных ссылок, с помощью которой клетка определяет набор экспрессируемых в тех или иных условиях генов, переключает генетические программы. Самое главное, что сведения о состоянии таких переключателей способны сохраняться при делении клеток, то есть передаваться дочерним клеткам, а через половые клетки — и новым поколениям организмов.

Эта управляющая работой генов информация может заключаться в распределении метилированных участков хромосомной ДНК, в структуре хроматина (модификации входящих в него белков), а также в цитоплазматических регуляторных системах. Эпигенетическая память проявляет себя в ходе дифференцировки клеток при эмбриональном развитии, играет ключевую роль в клонировании, а также в технологиях стволовых клеток — везде, где речь идет о переключениях имеющихся в геноме программ, но не об изменении самих программ.

Она важна и в эволюции — именно через нее могли бы переходить к потомству сведения об адаптациях, вызванных факторами внешней среды, то есть этот вид памяти проливает новый свет на старую проблему наследования приобретенных признаков. Так, шведские медики обнаружили, что внуки людей, которые по-разному питались (недостаточно или избыточно) в период полового созревания, отличаются по склонности к диабету.

Долгое время эпигенетика была в тени генетики, но теперь она выходит на первый план. Для изучения ее медицинских аспектов в Европе организован «Human Epigenome Consortium», первая задача которого – составить карты распределения возможных метилированных участков в геноме человека. Уже показано, что у однояйцевых близнецов эти участки не всегда совпадают, и сейчас онкологи пытаются лечить некоторые виды рака, исходя из данных об особенностях метилирования ДНК у конкретного больного.

Реализация такой программы существенно дополнит уже завершенный проект по секвенированию генома. Кстати, недавно вышла популярная книга «Геном человека» замдиректора Института молекулярной генетики РАН профессора В.З. Тарантула (М.: Языки славянской культуры, 2003), в которой обсуждаются различные аспекты этого эпохального достижения.