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

^{Рис. 14.2. Химическое строение ингибитора гистондеацетилазы САГК и 10ГДК, соединения, обнаруженного в маточном молочке.С — углерод; Н — водород; N — азот; О — кислород. Для упрощения схемы некоторые атомы углерода намеренно не показаны, но они присутствуют в местах соединений двумя линиями.}

Две структуры, разумеется, не идентичны, однако кое в чем они очень похожи. Каждая из них обладает длинной цепочкой атомов углерода (участок, отдаленно напоминающий профиль спины крокодила), и правые части каждого соединения также выглядят весьма похоже. Марк Бедфорд с коллегами выдвинули гипотезу, что 10ГДК может быть ингибитором гистондеацетилаз. Они провели ряд экспериментов в пробирках и на клетках, в результате которых выяснилось, что их предположение было верным. А это значит, что нам теперь известно, что одно из основных соединений, обнаруженных в маточном молочке, подавляет главные эпигенетические ферменты[268].

Забывчивая пчела и гибкий инструментарий

Эпигенетика влияет отнюдь не только на то, станут ли личинки рабочими пчелами или матками. Ришард Малешка также установил, что метилирование ДНК играет заметную роль в том, как медоносные пчелы обрабатывают сведения, хранящиеся в памяти. Когда медоносные пчелы обнаруживают достойный источник пыльцы или нектара, они летят обратно в улей и сообщают другим членам колонии, в каком направлении те смогут найти богатые запасы пищи.

Из этого мы можем сделать очень важный вывод относительно медоносных пчел — они способны запоминать информацию. Они вынуждены пользоваться памятью, поскольку в противном случае не смогли бы сообщить другим пчелам о местонахождении источников питания. Разумеется, в не меньшей степени важно и то, что пчелы способны забывать информацию и заменять ее новыми сведениями. Нет никакого смысла посылать своих соплеменниц к роскошному кусту чертополоха, который был в цвету на прошлой неделе, но к настоящему моменту уже пошел на корм встретившему его ослу. Пчелам необходимо уметь забывать о потерявшем свою актуальность чертополохе и запоминать координаты только что обнаруженной ими лаванды.

На самом деле можно научить пчел реагировать на определенные раздражители, связанные с пищей. Доктор Малешка с коллегами показал, что когда пчелы подвергаются такого рода тренировкам, то уровни белка Dnmt3 повышаются в тех участках головного мозга медоносных пчел, которые важны для обучения. Если пчелам давать препараты, подавляющие белок Dnmt3, эти соединения изменяют способы, с помощью которых пчелы сохраняют воспоминания, как и скорость, с которой воспоминания утрачиваются[269].

Хотя нам известно, что метилирование ДНК имеет большое значение для памяти медоносных пчел, мы не знаем наверняка, как оно действует. Причина этого в том, что пока не до конца ясно, какие именно гены становятся метилированными, когда медоносные пчелы обучаются и приобретают новые воспоминания.

Так что на настоящий момент мы склонны считать, что медоносные пчелы и высшие организмы, в том числе и мы, и наши млекопитающие родственники, используют метилирование ДНК одинаковым образом. Абсолютно справедливо мнение, что изменения в метилировании ДНК связаны с изменением процессов развития как у человека, так и у медоносных пчел. Также верно и то, что и млекопитающие, и медоносные пчелы пользуются метилированием ДНК в головном мозге в процессе обработки хранящейся в памяти информации.

Но, как это ни странно, медоносные пчелы и млекопитающие используют метилирование ДНК совершенно разными способами. В наборе инструментов плотника есть пила, с помощью которой он может изготовить книжный шкаф. В инструментарии хирурга-ортопеда тоже есть пила, которой он может ампутировать ногу. Иногда одни и те же инструменты могут применяться совершенно различными образами. Млекопитающие и медоносные пчелы пользуются метилированием ДНК как инструментом, но в процессе эволюции они привыкли использовать этот инструмент по-разному.

Когда млекопитающие метилируют ДНК, то мишенями этого процесса обычно являются области промоторов генов, а не те участки, которые кодируют аминокислоты. Млекопитающие также метилируют повторяющиеся элементы ДНК и транспозоны, в чем мы убедились в главе 5, рассматривая работу Эммы Уайтло. Метилирование ДНК у млекопитающих связано, главным образом, с подавлением экспрессии генов и таких опасных элементов как транспозоны, которые в противном случае могли бы стать источником проблем для нашего генома.