Знание-сила, 2004 № 06 (924) - [20]

Рассказ об ЭГ можно начать хотя бы с этих двух животных. Лошак отличается от мула более короткими ушами, более пышной гривой и хвостом и более крепкими ногами.

И это странно. У обоих смешанные родители, только у мула мать из лошадиной породы, а у лошака — отец. Иными словами, у обоих половина генов пришла с лошадиной стороны, половина — с ослиной, то есть набор генов, чисто генетическая информация в их клетках одинакова. Почему же они различаются? Десятилетия держалась догма, что вся информация об организме содержится в наборе его генов. Теперь, на примере мула и лошака, мы видим, что это не так: одна лишь генетическая информация не позволяет нам объяснить различие мула и лошака. Напрашивается мысль пока еще в самом общем виде, что кроме той генетической информации, что записана в ДНК в виде последовательности нуклеотидов в ее генах, существует еще какой-то вид биологической информации, не затрагивающий гены, но, тем не менее, влияющий на свойства и признаки организма.

Открытия последних десяти лет эту мысль убедительно подтвердили. Такая внегенетическая, или, как ее называют, эпигенетическая информация ("эпи" по-гречески — это "над" или "сверх"), действительно существует и активно взаимодействует с чисто генетической информацией, порой существенно меняя ее. Грубо говоря, эта информация записана "над генами", как, например, в языке иврит под согласными буквами, составляющими корень слова, записаны знаки огласовки, указывающие, как читать эти согласные. И так же, как эти знаки превращают один и тот же корень в разные по звучанию — и смыслу! — слова (например, "ремез" — это намек, а "рамаз" — это "он намекай" или "намекни"), так эпигенетические знаки, или "метки", стоящие над генами, тоже порой меняют "звучание" этого гена, то есть его действие (как говорят, меняют его "экспрессию"). Причем зачастую способны эту экспрессию прекратить и порой даже навсегда. Вот почему систему таких меток, или "эпигенетический код" следует считать еще одним механизмом управления генами.

Как показали исследования, родительская метка резко влияет на работу гена: один и тот же ген может быть выключенным у потомка, если, скажем, несет отцовскую метку, и включенным, если несет материнскую. Такие гены, работа которых зависит от "метки родителя", называют еще "импринтными" ("импринт" по-английски — это отпечаток, метка).

Существование таких "родительских меток" было экспериментально доказано в 1991 году, а к настоящему времени таких импринтных генов найдено уже около 40. Как было обнаружено позже, эти эпигенетические метки имеют вполне материальную природу — они представляют собой небольшие молекулы химического вещества метила (СНА сидящие в определенных местах ДНК, в соответствующих генах. Не меняя нуклеотидный состав гена, такая метка, если она есть, подавляет его экспрессию. Она делает это не сама по себе — метильная группа служит всего лишь своеобразной "посадочной площадкой", которая привлекает к себе белки, обладающие свойством подавлять действие данного гена.

Природа пометила импринтные гены своими метками, в ходе эволюции она выключила один их родительский вариант и оставила работающим вариант другого родителя для каких-то своих важных целей — как полагают некоторые ученые, чтобы помешать смешению различных видов (скрещение лошадей и ослов — одно из немногих исключений) или самооплодотворению. В любом случае сегодня эти метки стали неотъемлемой частью ДНК, и их сохранение необходимо для нормального функционирования организма. Соответственно нарушение меток импринтинга может привести — и порой приводит — к тяжелым заболеваниям. Врачи давно знали, но не могли объяснить странные случаи, когда один из двух идентичных, однояйцовых близнецов совершенно нормален, а другой заболевает шизофренией. Сегодня установлено, что причиной этого является наличие у больного близнеца мутации, вызывающей нарушение нормального импринтинга.

Постоянное подавление экспрессии генов с помощью эпигенетических меток необходимо и в других ситуациях. Например, в клетках самок содержатся две женские хромосомы XX, а у самцов — одна женская и одна мужская, XY. Понятно, две Х-хромосомы самок будут производить вдвое больше белков, чем единственная Х-хромосома самцов. Природа нашла способ избежать этого дисбаланса. У самок млекопитающих одна из Х-хромосом выключается уже в эмбриональном состоянии на все время жизни. Это выключение происходит сразу после оплодотворения, и затем, при последующих делениях каждой клетки, эпигенетическая метка "выключить" неизменно переходит на копии этой Х-хромосомы у обеих дочерних клеток. Метка эта действительно эпигенетическая: гены "лишней" Х-хромосомы не меняются по составу, но снаружи на эту хромосому "усаживается" некая длинная РНК-молекула, которая несет с собой метки или "приказы" выключения всех белок- кодирующих генов. И опять, как и в случае импринтных генов, случайные (мутационные) нарушения этого процесса могут вызвать и вызывают серьезные заболевания.

Наличие в клетке трех разных механизмов управления работой генов с помощью белков или микро-РНК и с помощью эпигенетических меток делает это управление чрезвычайно гибким, обеспечивающим все жизненные потребности.