Нет, это не набор слов из мира фантастики. Мы хотим поговорить об эпигенетике— новом, интенсивно развивающемся направление генетики. Тема совсем непростая, но очень интересная!
💬 Питер Медавар, английский биолог: «Генетика предполагает, а эпигенетика располагает».
Развитие эпигенетики как отдельного направления молекулярной биологии началось в 1940-х. Английский генетик Конрад Уоддингтон сформулировал концепцию «эпигенетического ландшафта», объясняющую процесс формирования организма.
💬Он даёт следующее определите эпигенетики: «Раздел биологии, изучающий те причинно-следственные связи между генами и их производными, которые приводят к формированию фенотипа».
В современной литературе эпигенетика определяется как наука о наследуемых свойствах организма, которые не связаны с изменением собственно нуклеотидной последовательности ДНК и могут быть не прямо, а опосредованно закодированы в геноме.
К числу известных эпигенетических механизмов (сигналы) относятся: энзиматическое метилирование ДНК, гистоновый код (разные энзиматиче ские модификации гистонов — ацетилирование, метилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и т.д.) и «замалчивание» генов малыми РНК (miRNA, siRNA).
🧬 Начнём с самого начала: поговорим о клетке.
Сама возможность жизни основывается на том, что комплект белков и ДНК может синтезировать копию самого себя, создавая второй комплект ДНК и второй набор белков.
Цепочка «ДНК — РНК — белок» вошла во все книги по биологии как центральная догма молекулярно-клеточной теории. Некоторое время считалось, что вся жизнь крутится вокруг генов, участков ДНК, связанных с синтезом отдельной молекулы белка или РНК.
Но в этой схеме есть ряд изъянов, причем довольно очевидных.
Например, у нейрона, клетки печени, сперматозоида или лимфоцита набор генов совершенно одинаковый, однако это совершенно разные клетки. Более того, нейрон мыши невозможно отличить от человеческого без довольно тонкого молекулярного анализа, а вот отличить клетку кожи от нейрона в пределах одного организма сможет даже неспециалист.
🔬Геном человека содержит множество генов, которые почти не отличаются от генов дрожжей, но разница между нами и дрожжами очевидна.
Для наших клеток важно не только то, какие гены находятся в ДНК, но и то, сколько именно молекул собирается на их основе и какие именно гены сейчас активны.
🏭 Итак, притча-анекдот:
Владелец фабрики был крайне обеспокоен поломкой генератора, который обеспечивал энергией весь завод. И ни один высококлассный специалист не мог устранить поломку. Один простой рабочий вызвался решить проблему и починить станцию. Аккуратно и методично он начал простукивать различные участки машины, внимательно прислушиваясь к звукам, которые издавала металлическая поверхность. Затем он взял молоток и несильно ударил. Эффект был мгновенным. Что-то сдвинулось, и генератор заработал! Владелец фабрики был восхищён, но когда увидел счёт, сумма гораздо превышала его ожидания: 1000 фунтов стерлингов!
Рабочий сумму обосновал так:
За десять минут простукивания — 1 фунт.
За знание того, куда нужно ударить — 999 фунтов.
🧬Организация жизни клетки напоминает ситуацию из притчи: ряд исследований показывает, что ключевую роль в эволюции сложных организмов сыграли не те гены, которые кодируют какие-то конкретные белки (то есть «ударяют»), а те, которые связаны с тонкой регуляцией работы остального генома (знают, куда «ударить»).
Под работой генов подразумевается синтез белка или РНК, которые этот ген кодируют. Детальное изучение молекулярно-биологических машин внутри клетки показало, что некоторые гены нужны еще и для того, чтобы регулировать работу своих соседей.
Существуют белки, называемые факторами транскрипции.
Фактор транскрипции (TF) представляет собой белок, который контролирует скорость транскрипции генетической информации из ДНК в информационную РНК. Функция заключается в регулировании — включении и выключении генов, чтобы убедиться, что они экспрессируются в нужных клетках, в нужное время и в нужном количестве на протяжении всей жизни клетки и организма.
Предполагается, что в геноме человека насчитывается приблизительно 2000 транскрипционных факторов.
Это приводит к выводу, что каждый десятый ген, по сути, сам ничего в не производит, а лишь следит за тем, чтобы в нужное время и в нужных обстоятельствах что-то производилось.
🔬Совершенствование управления генами
На рубеже XX—XXI веков пришли к выводу, что в эволюции, похоже, главную роль играет совершенствование управления генами, а не просто появление каких-то удачных белков. Примером — одним из многих — может быть ген FOXP2. После того как его человеческий вариант включили в геном мышей, грызуны начали лучше лучше обучаться. Изучить исследование можно здесь.
FOXP2 — это лишь эффективный внутриклеточный управляющий, который знает, как использовать гены мыши.
Этот ген кодирует белок, который представляет собой именно транскрипционный фактор: он отвечает не за то, что голосовые связки должны быть как-то по особому эластичны, и не за то, что нервные клетки приобретают какие-то особые рецепторы.
🧬Что ещё происходит?
Куски ДНК, которые сейчас не нужны, могут быть деактивированы. При этом нуклеотиды в ее составе химически меняются, а сама ДНК буквально «запирается на замок». Для этого специальные вещества, деацетилазы гистонов, действуют на входящие в состав хромосом белковые молекулы (гистоны). Они меняют свою форму и сближаются с ДНК так, что к ней уже не могут подобраться другие белки, считывающие информацию, и те же транскрипционные факторы.
🔓Поэтому для разблокировки сначала нужно вернуть гистоны в «открытое» состояние.
🧒🏼Как пережитые трагедии влияют на потомков
Ген FKBP5 отвечает за реакцию организма на стресс и способность человека с этими стрессом справляться. Ученые отмечают, что дети евреев, переживших Холокост, не подвергались травмирующим воздействиям, а изменения в гене FKBP5 были переданы им от родителей.
Ученые провели исследование генов у 32 евреев, переживших Холокост, и у их потомков, а также аналогичные исследования евреев, которые не жили в Европе во время Второй мировой.
В результате было обнаружено, что у людей, переживших Холокост, и их потомков, были одинаковые эпигенетические изменения в гене FKBP5.
🔬С результатами исследования можно подробно ознакомиться в журнале Biological Psychiatry.
Эти изменения не затрагивают ДНК, а являются химическими "надстройками" на генах, которые влияют на их работу.
Это свидетельствует о том, что травматические события могут оставлять следы в генах, которые передаются от родителей к потомкам.
Результаты подчеркивают важность понимания того, как травматические события могут влиять на гены и передаваться от поколения к поколению. Это может помочь в диагностике заболеваний и разработке новых методов лечения и профилактики болезней, связанных с травматическими событиями.
Кроме того, есть система белков, которые в ответ на изменение рецепторов на мембране клетки запускают целый каскад химических реакций, в результате которых активность одних генов подавляется, а экспрессия других увеличивается.
ЭПИГЕНЕТИКА: ИТОГ
Итак, друзья, давайте резюмируем всё, что интересно знать об эпигенетике.
🖇️ Эпигенетика — это относительно новое, но перспективное направление в науке, которое в недалёком будущем может позволить управлять хотя бы частью генов, избавив человечество от неизлечимых заболеваний.
Ежегодно проводится множество исследований, доказывающих изменчивость генов.
Важные факторы эпигенетических изменений — социальная среда, природные условия, образ жизни и уровень стресса. Эпигенетические процессы начинаются ещё до рождения, и продолжаются (активнее влияют в старости) на протяжении всей жизни человека.
И очень важное дополнение: эпигенетические изменения обратимы (стоит только поменять образ жизни, как данный факт станет заметен)
Весь наш образ жизни непосредственным образом влияет на жизнь будущих поколений.
💬 Не зря английский биолог и нобелевский лауреат Питер Медавар сказал: «Генетика предполагает, а эпигенетика располагает».