Как происходят процессы эпигенетического наследования? Почему при клонировании невозможно точно воспроизвести исходный объект? Как эпигенетические изменения проявляются в женских клетках? На эти и другие вопросы отвечает доктор биологических наук Сергей Киселев.

За последние пару десятков лет очень активно стало развиваться такое направление в науке, как надгенетика, эпигенетика — то, что находится как бы сверх генетики. Что подразумевается под термином «эпигенетика» с точки зрения точной науки генетики? Это наследование, которое не связано с ДНК, с дезоксирибонуклеиновой кислотой, с изменением генетического кода. Наследуется, но с изменением генетического кода и с кодированием внутри генетического кода это не связано.

Забавные эксперименты по эпигенетике были проведены, по-моему, в 2002 году, когда ученые пытались у генетически модифицированной мышки — они ввели туда ген, дающий окраску агути, такую бледно-розовую, какого-то странного цвета, — изменить окраску, воздействуя внешними факторами. И стали ее кормить некими веществами, которые содержат достаточно большое количество химических метильных оснований. Эта мышка агути, кроме цвета, была еще плохая: болела из-за этого диабетом и так далее. Можем ли мы вылечить ее внешними факторами? О, чудо! Потомство этой мыши потеряло цвет агути и стало себя лучше чувствовать — конечно, на тот период, пока продолжалось это кормление.

С чем это связано на самом деле? Последовательность ДНК, кодирующая наши гены, может претерпевать еще некие химические модификации, которые наследуются. В том числе есть такая химическая модификация ДНК, как метилирование, но в результате того, что эта химическая реакция происходит с ДНК, ДНК перестает быть доступно для того, чтобы с нее считывалась информация. В случае мышек агути в составе пищи дали много этих метильных групп, ген замолк, и это наследовалось в ряду поколений. Он сохранился в геноме, просто перестал работать. И — о чудо! — мышки потеряли цвет и даже подлечились. Это как раз практическое влияние эпигенетики.

Рекомендуем по этой теме:
3847
Синаптическая пластичность

Эпигенетика находится повсюду и начиная с нашего рождения. Например, мы возникаем из одной-единственной клетки или из группы плюрипотентных стволовых клеток, потом они специализируются в тот или иной тип тканей. И эти клетки должны запомнить, в какой тип ткани они специализировались, чтобы на протяжении всей жизни формировать именно тот тип ткани. То есть они должны попасть в определенные окружающие условия, которые зафиксируют их эпигенетическое состояние, определенную работу их генома. Ведь все клетки в нашем организме имеют один и тот же геном, одни и те же гены, но в клетках крови работают одни гены, в волосах работают совершенно другие гены, но это должно наследоваться.

И как раз эти специализированные генетические программы в одном организме фиксируются с помощью механизмов эпигенетики. Эпигенетика — это некое окружение, в том числе окружение, как показывает замечательный пример с мышками агути, связанное с реальной окружающей средой, даже с питанием. О чем это говорит? Это говорит о том, что нельзя в одну и ту же воду войти дважды, как сказал философ Гераклит за пятьсот лет до нашей эры, нельзя повторить историю дважды.

Если мы задумаемся: мы имеем плюрипотентные стволовые клетки либо мы делаем клонирование, хотим кого-то клонировать. Мы хотим клонировать Эйнштейна — давайте это сделаем. Что для этого нужно? Для этого нужно не только воспроизвести генофонд Эйнштейна, что сегодня просто сделать с помощью технологии клонирования, за которую получили Нобелевскую премию в 2012 году, — взять частичку кожи Эйнштейна, его генофонд, перенести ядро. Но что нам нужно сделать? Нам нужно повторить все внешние условия, которые сопровождали Эйнштейна на протяжении всего его развития: от одной клетки вплоть до рождения и вплоть до создания им теории относительности. Возможно ли это сделать? Конечно же, невозможно. Поэтому, если мы захотим клонировать Эйнштейна, мы получим человека, похожего на Эйнштейна. Но будет ли он таким чудаком, который играл на скрипке и создавал теорию относительности, — не факт, совершенно не факт. Это как раз и есть влияние эпигенетики.

Мы всегда имеем в организме, в жизни гены, они дают нам диапазон возможностей. И этот диапазон возможностей реализуется в определенных внешних условиях среды и наследуется.

То, что наследовалось в результате этих внешних условий среды, — это и есть эпигенетическое влияние.

Поэтому, если говорить о плюрипотентных стволовых клетках, о клонировании человека, можем ли мы точно все воспроизвести, можем ли мы точно воспроизвести тот или иной орган? Нет. Мы его можем воспроизвести точно генетически, мы его можем постараться воспроизвести точно структурно, но это все равно будет несколько другая ткань, потому что этот орган развивался в других внешних условиях.

Но это не страшно, в большинстве случаев не надо бояться. Например, если мы хотим возобновить свой мозг с помощью регенеративной медицины, то, наверное, мы сможем воспроизвести нейроны. Но будут ли они иметь память? А память — это и есть эпигенетика, это то, что мы хотим сохранить, и то, что определяет индивидуальность. Конечно же, сохранив структуру мозга, мы не сохраним память, потому что эпигенетические условия, в которых мы будем все это делать вне организма, будут совершенно другими. В случае сердца, наверное, это не так важно. В конце концов, сердце — это лишь насос, оно должно сокращаться, выполняя свою функцию, и тут нам на эпигенетику не стоит обращать внимание.

Когда мы говорим об иммунной системе, если мы хотим с помощью плюрипотентных стволовых клеток восстанавливать, предположим, ту или иную иммунную систему, чтобы бороться с инфекционными заболеваниями либо с онкологическими какими-то вещами, — нам нужна память. Потому что иммунология — это память, которая остается. Тут окажется, что эпигенетика говорит: нет, ребята, нам все надо обучить сначала, потому что не существует этой памяти.

Замечательно проявление эпигенетики в женских клетках, будь то человеческий организм, будь то — самый интересный пример — кошечки. У женщин в каждой клетке две X-хромосомы, но две X-хромосомы — это слишком много для одной женщины, это слишком большая роскошь, поэтому в каждой клетке одна из X-хромосом должна быть инактивирована, не должна работать, потому что, если она будет работать, это будет приводить к патологиям. Но эта инактивация, замолкание одной из X-хромосом в каждой клетке, происходит на ранних этапах эмбрионального развития женского организма и хаотично. В одной клетке от папы инактивировалась хромосома, в другой от мамы и так далее, потом это закрепляется уже и передается по наследству.

Почему нельзя получить некоторые цвета кошек? Потому что у них не получаются правильные окрасы: у них гены окраса расположены на X-хромосоме. И если мы хотим воспроизвести тот или иной правильный окрас, то, поскольку инактивация X-хромосомы происходит случайным образом, окрас родителя не будет воспроизводиться. Именно поэтому, кстати, отказались от клонирования кошек, потому что хозяева хотят получать кошечку, которая выглядит точно так же, как исходная кошечка, а вот случайная эпигенетика, случайная инактивация X-хромосомы дает нам разнообразие — разнообразие признака, разнообразие приспособления к окружающей среде. И не только генетика обеспечивает нам возможность выживания в этом мире, но еще эпигенетика, которая дает достаточно широкое взаимодействие с внешней средой.