Эпигенетика - Михаил Гаврилов

За свою жизнь мы прочитали много книг. Научных, популярных, научно-популярных. Скажем сразу, что, когда от научного текста глаза «слипаются», а мозги дымятся, это не все могут пережить. Многие люди сразу откладывают в сторону фолиант, написанный на «птичьем» языке, на котором привыкли общаться на конференциях доктора и академики разных наук. С другой стороны, те, кто имеет отношение к исследованиям и доказательной медицине, неблагосклонно (мягко говоря) относятся к «попсе». Учитывая все это, мы взяли на себя смелость написать книгу, которая заинтересует и ученого, и «обычного» человека.

При написании книги, будучи эриксоновскими терапевтами, мы не удержались, чтобы не использовать свои навыки более продуктивного обучения. Поэтому вы можете увидеть в книге нестандартные словесные обороты и метафоры, которые способствуют лучшему запоминанию материала. Не старайтесь их отслеживать, но, если «споткнетесь» о неординарное словечко, это на пользу вашему мыслительному и образовательному процессу.

Итак, как читать эту книгу, чтобы получить от нее максимальную пользу:

1. Если вы имеете отношение к биологическим наукам и медицине и вас не пугают слова наподобие «циклопентанпергидрофенантрен», то вам будет интересна информация под рубрикой «НАУЧНО».

Она набрана более мелким шрифтом, чтобы не привлекать внимание небиологов, негенетиков, неврачей. Мы ее попытались смягчить, но иногда из научной песни слов не выкинуть…

Эта рубрика обычно идет в начале главы (но может быть и в середине), в ней приводятся результаты различных исследований в области эпигенетики.

2. Всем остальным рекомендуем находить в главах рубрики, называемые «ПОПУЛЯРНО» и «ЧТО ДЕЛАТЬ».

Не критично, если вы пропустите то, о чем идет речь в рубрике «НАУЧНО», но пытливым и неравнодушным к свежим научным исследованиям можно попытаться прочитать эту информацию – для формирования нейрональной пластичности и профилактики нейродегенеративных заболеваний и старения мозга.

Врачам и биологам также будет интересно. Чтобы быть «ближе к народу», им можно (одним глазком) взглянуть на информацию в рубриках «ПОПУЛЯРНО» и «ЧТО ДЕЛАТЬ».

Просто, понятно, конкретно…

    С глубоким уважением,

    Михаил Гаврилов и Ирина Мальцева

Глава первая

Генетика и эпигенетика. Общие понятия

Генетика предполагает, а эпигенетика располагает.

    Английский биолог Питер Медавар

1. 1. Что нужно знать для того, чтобы понимать эпигенетику. Основные термины

Ген – единица наследственной информации, участок ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты (помните скрученную спиралью веревочную лестницу – макет ДНК на уроке биологии? ) – молекулы, на которой записана вся информация о нашем организме.

Классическая генетика утверждала, что все свойства организма, вся совокупность его фенотипов [2 - Фенотип – это совокупность характеристик, присущих индивиду на определенной стадии развития. ] (внешности, особенностей метаболизма и поведения) зависят от уникального набора генов, доставшихся от родителей.

Также утверждалось, что гены «незыблемы», а мутации, которые возникают в геноме (совокупности генов), случайные и ненаправленные (непредсказуемые).

Центральная догма в биологии о том, что гены рулят всем, что наша жизнь предопределена, а СМИ взрывались сенсационными заголовками – «найден ген самоубийц! », как пример, существовала ровно до окончания проекта «Геном человека». Хотя некоторые эксперименты с клетками говорили о другом. Например, энуклеация. В биологии (не в медицине) этот термин означает извлечение из клетки ядра, в котором сосредоточен весь генетический материал (у клеток, имеющих ядра). По логике центральной догмы без генетического материала клетке надо бы умереть? Ничего подобного, существует и в ус не дует еще несколько десятков дней. Не умеет размножаться, ибо нечем, но живехонька. Засомневаться бы ученым в ведущей роли генов, пересмотреть догму! Но не сложилось, как нельзя было усомниться в руководящей роли КПСС в застойные годы.

После окончания проекта «Геном человека» многое из того, что касалось генов, зазвучало по-другому. Оказалось, что генов у человека не так уж много, не 50–100 тысяч, как считалось раньше, а, по разным оценкам, от 18 до 30 тысяч. Но горевать о таком малом количестве не следует, так как один ген может вырабатывать много разных белков в зависимости от того, какие сигналы он получит от окружающей его среды. Да и известных белков к тому моменту стало гораздо больше, чем 100 тысяч. Не каждый ген умеет вырабатывать белки, некоторые выполняют другие функции.

Термин «эпигенетический» существует давно. Буквально он обозначает «над, поверх генетики, наследственности». Этим термином ученые пользовались не только в биологии, но и в психологии. Наиболее известное применение этого термина было дано в 1947 г. эмбриологом Конрадом Уоддингтоном, который объяснил, каким образом организм в процессе эмбрионального развития формирует разные клетки. У человека существует примерно 250–270 типов клеток (клетки мозга, печени, легких, кожи, почек и мн. др. ), которые различаются по внешнему виду, функционированию, типу метаболизма. Когда-то все эти клетки появились из зиготы, которая образовалась из слияния гамет – отцовского сперматозоида и материнской яйцеклетки.

Рис. 1. «Хвостатые» сперматозоиды (гамета) пытаются проникнуть в круглую яйцеклетку (гамета) (слева). Справа зигота —оплодотворенная сперматозоидом яйцеклетка

Почему клетки, появившиеся из зиготы, становятся разными? Потому что существуют эпигенетические механизмы, которые при помощи наборов транскрибируемых генов определяют, какими быть будущим клеткам при делении, также они дают инструкции каждому виду клеток – уровень активности деятельности этих клеток, который они должны поддерживать, пока существуют. Далее, во время размножения организма при формировании гамет (половых клеток) эпигенетический статус генома должен быть стерт и далее с чистого листа вновь сформироваться после оплодотворения, иначе наступит так называемый эпигенетический коллапс.

Метафорично объяснить этот процесс можно используя пример с одеждой. Каждое утро аккуратный человек, собираясь на работу, надевает на тело (в нашем примере тело – это нуклеотид) белье и одежду (метки), а вечером, приходя с работы, их снимает. Утром процесс повторяется. Так же и эпигенетические метки «снимаются», когда формируется восьмиклеточный зародыш – бластоциста, а при имплантации бластоцисты в матку метки опять «надеваются» (как белье и одежда с утра). Это достаточно хорошо известный факт.

Известен эпигенетический ландшафт Уоддингтона (К. Уоддигтон, 1957 г. ), который представляет собой макет горы со множеством холмов и оврагов, на вершине которой находится шарик.

Рис. 2. Конрад Уоддингтон и его модель эпигенетического ландшафта

Этот шарик катится вниз и либо сталкивается с холмами, меняя траекторию движения, либо попадает в ложбинку. Где окажется шарик внизу – зависит от сочетания многих факторов его движения. Так Уоддингтон представлял процесс эмбриогенеза (шарик), который зависел от различных продуктов генов – белков и гормонов (выступы и овраги), которые являются сигналами, заставляющими гены менять свою активность.