Это тоже хорошо, потому что вы, вероятно, были бы мертвы, если бы получили равные дозы их генетических инструкций.
Я был ошеломлен, узнав, что я на самом деле не наполовину мама и папа. Те уроки биологии в старших классах, которые боролись с менделевским наследованием, теперь кажутся притворством.
Грегор Мендель, отец современной генетики, начал ряд исследований, как и ученые Теодор Бовери и Уолтер Саттон. Они пришли к хромосомной теории наследственности. Каждое потомство получает 23 хромосомы от мамы и 23 одинаковые хромосомы от папы. Пятьдесят на пятьдесят, верно? Нам часто напоминают об этом факте восторженные родственники, говоря: ты сказал это так же, как и твой отец или ты улыбаешься, как твоя мама.
У вас есть одинаковое количество генов от обоих родителей, но это еще не все. Оказывается, внутри вас есть стоп-код, запускающий помехи, называемый импринтингом. Импринтинг — это процесс, который в основном помечает ген, поэтому он становится просто заполнителем, никогда не внося вклад в развитие потомства. Так что, если у мамы есть все стоп-коды, у нее меньше выраженных генов — тех, которые на самом деле заставляют что-то происходить — в конечном продукте, то есть в вас.
Эффекты этих стоп-кодов могут определить, разовьются ли у кого-то определенные заболевания.
Молчание генов
Еще несколько десятилетий назад мало кто представлял себе, что генетические влияния существуют помимо того, что уже запрограммировано в нашей унаследованной ДНК. Но когда исследователи из Кембриджского университета попытались вывести мышей, несущих две полные копии только 20 хромосом самцов или две полные копии только 20 хромосом самок, дав каждой мыши 40 хромосом, необходимых для жизни, все мыши погибли.
Ученые поняли, что для развития здоровой мыши важнее полный набор из 40 хромосом. Между генетикой мамы и папы должно быть какое-то взаимодействие, которое приводит к крепкому потомству. Этот и последующие прорывы в конечном итоге привели к открытию импринтинга.
Импринтинг — это процесс, который выходит за рамки генетики и поэтому называется эпигенетическим. Эпигенетическое событие может изменить экспрессию гена клетки без изменения основного генетического кода. Во время импринтинга к гену добавляется одна или несколько молекул, которые действуют как стоп-код. Эти молекулы помечают ДНК и препятствуют ее транскрипции в белки, тем самым блокируя экспрессию этого гена.
Импринтинг добавляет уровень сложности менделевской генетике, потому что это означает, что наследование включает более 46 хромосом. Геномный импринтинг перевернул некоторые из самых основных принципов биологии.
Ученые идентифицировали примерно 90 генов, которые импринтируются. Этот тонкий баланс между экспрессией генов и подавлением генов в результате импринтинга необходим для здорового потомства и формирования того, кто вы есть. Но импринтинг иногда вызовет неравное представительство маминых и папиных генов у потомства.
Барабанная дробь… у кого преимущество, у мамы или у папы?
Исследования на мышах показывают, что действительно существует дисбаланс в экспрессии генов (как можно было бы предсказать импринтинг), и он благоприятствует отцовству. Исследование, опубликованное в журнале Nature Genetics, показало, что отпечатанные гены матери в 1,5 раза чаще молчат, чем гены отца. Более раннее исследование PLOS ONE дало аналогичные результаты. В мозге большинство активных импринтированных генов пришло от отца.
Если эти результаты окажутся верными для людей, то больший процент генов вашего отца был выражен, когда вы развивались. Папа выигрывает генную игру.
Кто из родителей управляет вашим мозгом?
Изучая импринтированные гены, исследователи обнаружили подсказки о том, как гены наших родителей влияют на наш мозг. Некоторые области почти полностью контролируются материнскими генами, а другие – отцовскими. Эти выводы были сделаны в результате нескольких новаторских исследований, в одном из которых ученые разработали мышиные эмбрионы, состоящие исключительно из отцовских или только материнских хромосом. Это привело к плодам с преимущественно отцовскими или материнскими экспрессированными генами.
У мышей с преимущественно отцовским влиянием мозг был меньше, а тела крупнее. Клетки мозга в большом количестве разрастались в гипоталамусе и перегородке, областях, которые поддерживают энергетический баланс и опосредуют инстинктивное поведение, такое как поиск пищи, спаривание, эмоциональное выражение и социальная агрессия.
И наоборот, мыши, выведенные в основном под материнским влиянием, имели меньшее тело и больший мозг, особенно передний мозг и области, участвующие в интеллекте, сложных эмоциональных реакциях, планировании и решении проблем.
«Материнское влияние больше проявляется в аспектах речи и социальной исполнительной функции мозга, которые в некотором смысле более сложны», — говорит Джанин ЛаСалль, медицинский микробиолог из Калифорнийского университета. Отцовское влияние кажется более сосредоточенным на выживании.
«Чтобы получить нормальный мозг, вам нужны и мама, и папа», — говорит ЛаСаль. «Мы действительно только начинаем понимать, что это значит».
Ошибки импринтинга объясняют несколько синдромов развития.
Когда возникают проблемы с импринтингом, тонкий баланс между молчащими и экспрессированными генами может выйти из строя, что приведет к болезни и, возможно, к смерти.
В результате может развиться редкое нарушение развития, такое как синдром Прадера-Вилли, которым страдает один из 10 000–25 000 человек. Причиной является нерегулярный импринтинг на хромосоме 15 с потерей необходимой экспрессии отцовского гена. Дети с синдромом Прадера-Вилли имеют аномалии гипофиза, небольшой ствол мозга и атрофию коры головного мозга.
Другие расстройства, такие как синдром Беквита-Видеманна, вызванный потерей материнского импринтинга на хромосоме 11, могут развиться, когда стоп-кодирование испорчено. Синдром Агнельмана возникает в результате уменьшения экспрессии материнских белков в небольшом участке 15-й хромосомы. Другими словами, папины гены, как обычно, были заглушены, но мамины гены также были импринтированы и по ошибке помечены как молчащие. У этих детей множество проблем, в том числе гиперактивность и дискоординация, у многих развивается аутизм.
Ученые начинают подозревать, что ошибки импринтинга несут ответственность не только за редкие нарушения развития, но и могут привести к таким заболеваниям, как шизофрения, болезнь Альцгеймера, а также расстройства аутистического спектра.
Теперь мы знаем меньше, чем думали
Хотя вы, возможно, всегда хотели считать себя выражением наполовину мамы, наполовину папы, но это не так. Если бы между генами ваших родителей не происходило взаимодействия (импринтинга), приводящего к неравной экспрессии генов, вас бы здесь не было.
Основные принципы наследования изменились навсегда. Целое столетие исследований в области генетики, биологии развития и неврологии было основано на концепциях наследственности, которые больше не соответствуют действительности, а это означает, что мы понимаем гораздо меньше, чем мы думали.
Мы больше не можем считать себя грубыми составными частями наших родителей, а скорее сложными кусочками головоломки, созданными из тысяч материнских и отцовских кусочков на протяжении поколений.