Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

Сорок с лишним лет мы знали, что теоретически это возможно. Работы Джона Гердона и его многочисленных последователей продемонстрировали, что взрослые клетки хранят в себе информацию обо всех клетках организма, и нам остается лишь найти эффективный способ извлечения ее. Джон Гердон брал ядра клеток взрослых лягушек, помещал их в яйцеклетки и закатывал эти ядра на самую вершину ландшафта Уоддингтона, создавая тем самым новых животных. Взрослые ядра оказывались — и это очень важное определение — перепрограммированными. Иэн Вилмут и Кит Кэмпбелл практически то же самое проделали с овцой. Важнейший общий признак, объединяющий эти работы, заключался в том, что в обоих случаях перепрограммирование срабатывало лишь тогда, когда взрослое ядро помещалось в неоплодотворенную яйцеклетку. Именно яйцеклетке была отведена в этом процессе главная роль. Мы не сможем клонировать живое существо, поместив взрослое ядро в клетку какого-либо другого типа.

Почему?

Чтобы разобраться в этом, нам придется сделать небольшое отступление и поговорить о биологии клетки. В ядре содержится подавляющее большинство ДНК и генов, которыми мы закодированы, это чертеж, по которому мы созданы. Очень незначительная часть ДНК располагается не в ядре — она находится в крошечных структурах, называемых митохондриями, но в данном случае это ничуть не должно нас беспокоить. Когда мы впервые знакомились с понятием клетки в школе, у большинства из нас складывалось впечатление, что самое главное и важное в ней — это ядро, тогда как все прочее, а именно цитоплазма, не более чем мешочек с жидкостью, пользы от которого не так уж и много. Трудно представить себе что-либо, столь же далекое от истины, и особенно, если речь идет о яйцеклетке, ибо и лягушки, и Долли научили нас тому, что цитоплазма в яйцеклетке играет ключевую роль. Что-то, содержащееся в этой яйцеклеточной цитоплазме, активно перепрограммировало взрослые ядра, помещенные в нее экспериментаторами. Эти неизвестные факторы откатили ядро со дна одного из уоддингтоновских желобов на самую вершину его ландшафта.

Никто толком не понимал, каким образом цитоплазме яйцеклетки удавалось преобразовывать взрослые ядра в ядра, присущие зиготам. Оставалось лишь предполагать, что, чем бы это ни было, оно должно быть невероятно сложным и запутанным для анализа. Часто в науке случается так, что действительно большие вопросы, получить ответы на которые не представляется возможным, содержат в себе ряд меньших вопросов, поддающихся осмыслению. Поэтому несколько лабораторий занялись решением концептуально более простых, но технически не менее сложных задач.

Безграничный потенциал

Давайте вспомним шарик на вершине ландшафта Уоддингтона. Пользуясь клеточной терминологией, мы называем его зиготой и характеризуем как тотипотентный, то есть обладающий потенциалом сформировать любую клетку в организме, включая и плаценту. Конечно, зиготы по определению крайне ограниченны количественно, и большинство ученых, занимающиеся исследованиями самых ранних стадий развития, пользуются клетками чуть более взрослыми, знаменитыми эмбриональными стволовыми (ЭС) клетками. Эти клетки получаются в результате естественного процесса развития. Зигота дробится и делится несколько раз, образуя в итоге группу клеток, называемую бластоцистой. Несмотря на то, что бластоциста обычно насчитывает менее 150 клеток, она уже является эмбрионом на ранней стадии развития, состоящим из двух четко разделенных структур. В ней присутствует внешний слой, называемый трофэктодермой, из которой позже сформируется плацента и другие внеэмбриональные ткани, и внутриклеточная масса (ВКМ).

На рисунке 2.1 показано, как выглядит бластоциста. Рисунок выполнен в двух измерениях, однако в действительности бластоциста представляет собой трехмерную структуру, так что на самом деле она похожа на теннисный мячик, внутрь которого вклеен шарик для гольфа.