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

Область контроля импринтинга может действовать на больших расстояниях, и определенные участки могут связывать крупные белки. Эти белки ведут себя подобно городским дорожным заставам, изолируя друг от друга различные участки хромосомы. Такое распределение функций между различными генами придает процессу импринтинга дополнительный уровень сложности. Благодаря этому область контроля импринтинга может управлять многими тысячами пар оснований, но это не означает, что на каждый отдельный ген в этих тысячах пар оснований оказывается одинаковое воздействие. Разные гены в определенных импринтинговых участках хроматина могут ответвляться от своей хромосомы и контактировать друг с другом так, что репрессированные гены связываются в своего рода хроматиновые узлы. Активированные гены из того же участка хромосомы могут сцепляться друг с другом и образовывать собственные узлы.[82].

Интенсивность импринтинга варьируется от ткани к ткани. Особенно активно импринтинговые гены экспрессируются в плаценте. Именно этого мы и должны были ожидать от нашей модели импринтинга как средства уравновешивания потребностей в ресурсах материнского организма. Не в меньшей степени влиянию импринтинга, как оказалось, подвержен и мозг. Причины этого явления не столь очевидны и потому не очень ясны. В данном случае труднее объяснить контроль исходного родителя над экспрессией генов в мозге борьбой за питательные вещества, которая имеет место в плацентарной ткани. Профессор Гудрун Мур из медицинского колледжа Лондонского университета выдвинула по этому поводу интригующую гипотезу. Она предположила, что высокие уровни импринтинга в мозге представляют собой послеродовое продолжение войны иолов. По ее мнению, некоторые мозговые импринты являются попытками отцовского генома спровоцировать юное потомство на поведение, которое вынудило бы мать продолжать расходовать ресурсы своего организма, как это происходит, например, при продолжительном грудном кормлении[83].

Количество импринтинговых генов довольно невелико, их значительно меньше 1 процента от числа всех генов, несущих информацию о белках, и даже этот ничтожный процент представлен не во всех тканях. Во многих клетках экспрессия копий, унаследованных от отца и матери, одинакова. Происходит это не потому, что схемы метилирования различаются от ткани к ткани, а по той причине, что клетки варьируются по способам, которыми они «прочитывают» это метилирование.

Схемы метилирования ДНК на участках контроля импринтинга присутствуют во всех клетках организма и показывают, кто из родителей передал потомству свою копию хромосомы. Это дает нам очень важную информацию об областях импринтинга. Они должны уклоняться от перепрограммирования, происходящего после того, как сперматозоид и яйцеклетка, слившись, образуют зиготу. В противном случае привносимые метилированием модификации оказались бы стертыми, и клетки не смогли бы определить, кем из родителей были переданы те или иные хромосомы. Подобно тому, как ретротранспозоны IAP остаются метилированными в процессе перепрограммирования зиготы, действуют и развившиеся в процессе эволюции особые механизмы, защищающие области импринтинга от этого широкомасштабной утраты факторов метилирования. Ученым пока не до конца понятно, как это происходит, но такое явление жизненно важно для нормального развития и здоровья.

Устанавливаем импринт, убираем импринт…

Однако это ставит перед нами еще один вопрос. Если импринтинговые метки метилирования ДНК настолько стабильны, то, как они меняются, передаваясь of родителей потомству? Мы знаем, что они действительно меняются, благодаря экспериментам Азима Сурани с мышами, которые мы обсуждали в предыдущей главе. Его опыты продемонстрировали, что метилирование последовательности, контролируемой в экспериментальных целях, менялось при переходе к следующему поколению. Речь идет о том эксперименте из предшествующей главы, в котором мы рассказывали о мышах с «черной» и «белой» ДНК.

Честно говоря, как только ученые обнаружили, что эффект исходного родителя действительно имеет место, они предсказали существование некого способа перезагрузки эпигенетических меток, еще до того, как узнали, чем эти метки являются. Давайте для примера рассмотрим хромосому 15. Я унаследовала одну копию этой хромосомы от матери, и одну — от отца. Область контроля импринтинга UBE3A, полученной от матери, была неметилированной, тогда как та же область хромосомы, переданной мне отцом, была метилированной. Это обеспечило необходимые схемы экспрессии белка UBE3 А в моем мозге.