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

Для понимания молекулярной биологии этих эффектов предприняты огромные усилия. Недавно, например, ученые исследовали определенную область мышиной хромосомы 7. На этом участке находится ген, который называется инсулиноподобным фактором роста 2 или Igf2 (от английского insulin-like growth factor 2). Белок Igf2, способствующий росту эмбриона, обычно экспрессируется только с полученной от отца копии хромосомы 7. Исследователи ввели в этот ген мутационные изменения, не позволявшие гену нести информацию о функциональном белке Igf2. Затем они изучили результаты влияния этого вмешательства на потомство. Когда мутация передавалась от матери, новорожденные мыши выглядели совершенно так же, как любые другие. Объясняется это тем, что ген Igf2 в любом случае обычно выключен на материнской хромосоме, поэтому то, что материнский ген был подвергнут мутации, не имело никакого значения. Но когда мутировавший ген Igf2 передавался потомству от отца, мышата в помете рождались намного мельче обычных размеров. Причина этого была в том, что одна копия гена Igf 2, на которую они «рассчитывали» как на фактор, обеспечивающий активный рост плода, оказалась подавленной мутацией[66].

В мышиной хромосоме 17 есть ген, называемый Igf2Ir. Белок, кодируемый этим геном, «стирает» белок Igf2 и не позволяет ему выполнять свои функции стимулятора роста. Ген Igf2r также является импринтинговым. Поскольку белок Igf2r оказывает «противоположное» влияние на белок Igf2, отвечающего за рост плода, то вы, наверное, не будете удивлены, узнав, что ген Igf2r обычно экспрессируется с материнской копии хромосомы 17[67].

Ученые выявили около 100 импринтинговых генов у мышей и почти половину этого числа — у человека. Пока точно не известно, действительно ли у человека меньше импринтинговых генов, чем у мыши, или же их просто сложнее обнаружить экспериментальным путем. Импринтинг возник в результате эволюции около 150 миллионов лет назад[68], и в действительно больших масштабах он присутствует только у плацентарных млекопитающих. Его наличие не обнаружено у представителей классов, которые размножаются с помощью партеногенеза.

Импринтинг представляет собой весьма непростую систему, и, как любой сложный механизм, он может ломаться. Нам уже известно о том, что определенные заболевания у человека возникают в связи с проблемами в функционировании механизма импринтинга.

Когда импринтинг дает сбои

Синдром Прадера—Вилли (СПВ) получил свое название по фамилиям двух ученых, первыми описавших это состояние[69]. СПВ поражает приблизительно одного из каждых двадцати тысяч новорожденных. Младенцы отличаются пониженной массой тела, и их мышечная система сильно ослаблена. В раннем младенчестве их бывает очень сложно кормить, в результате чего они растут крайне медленно. Через несколько лет все меняется кардинальным образом. Они испытывают непрекращающийся голод, поэтому постоянно переедают, что приводит к опасным формам ожирения. Наряду с другими характерными признаками, такими как маленькие ступни и кисти, задержки в развитии речи и бесплодие, людям, страдающим СПВ, часто свойственна умственная отсталость слабой или средней степени. Кроме того, у них присутствуют поведенческие отклонения, включая неконтролируемые вспышки гнева[70].

Существует и другое заболевания, поражающее приблизительно такое же количество людей, как и СПВ. Оно называется синдромом Ангельмана (СА), который, как и СПВ, назван в честь исследователя, впервые описавшего это состояние[71]. Деги с СА демонстрируют слабоумие в тяжелых формах, у них уменьшенный размер мозга и почти отсутствует речь. Пациенты, страдающие СА, часто подвержены приступам спонтанного смеха, случающимся без всяких на то оснований, и по этой причине в клинических кругах за ними закрепилась возмутительно бестактная характеристика «счастливых кукол»[72].

Родители детей, пораженных и СПВ, и СА, обычно являются совершенно здоровыми людьми. Исследователи выдвинули предположение, что главная причина развития каждого из этих заболеваний заключается, возможно, в серьезных дефекгах хромосом. Так как родители этим эффектам не подвержены, нарушения, вероятно, возникли во время образования сперматозоидов или яйцеклеток.

В 1980-х годах исследователи, изучавшие СПВ, пользовались разнообразными стандартными техниками, пытаясь обнаружить глубинную причину этого состояния. Они искали в геноме области, которые бы различались у здоровых и подверженных этому заболеванию детей. Ученые, занимавшиеся СА, делали, в принципе, то же самое. К середине 1980-х годов стало ясно, что обе группы исследователей изучают одну и ту же часть генома, а именно определенный участок хромосомы 15. У пациентов, страдающих как СПВ, так и СА, был утрачен один и тот же маленький участок этой хромосомы.