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

Однако по-прежнему не существовало теории о том, почему 5-азацитидин приводит к таким неожиданным результатам. В связи с этим Питер Джонс самокритично вспоминает чудную историю, ставшую поворотным пунктом в подходе к самой проблеме. Когда он стал работать в Университете Южной Калифорнии, то сначала получил назначение на факультет педиатрии, однако ему очень хотелось работать по совместительству и на факультете биохимии. Чтобы получить это место, ему предстояло пройти дополнительное собеседование, которое сам он считал абсолютно бессмысленным. В ходе интервью Питер Джонс, рассказав о своей работе с 5-азацитидином, отметил, что никому не известно, почему это химическое соединение воздействует на плюрипотентность клеток. Роберт Стеллваген, другой ученый из этого же университета, также принимавший участие в интервью, спросил: «А вы не думали о метилировании ДНК?» Наш кандидат признался, что не только не думал, но и никогда не слышал о нем[170].

Питер Джонс и Ширли Тейлор немедленно занялись метилированием ДНК и очень скоро продемонстрировали, что именно оно было причиной таких эффектов 5-азацитидина. Это соединение подавляло метилирование ДНК. Питер Джонс и Ширли Тейлор синтезировали ряд родственных ему химических соединений и протестировали их влияние на клеточную культуру. Те из них, что препятствовали метилированию ДНК, также вызывали изменения в фенотипе, которые осуществлял и 5-азацитидин. Соединения, не влиявшие на метилирование ДНК, не оказывали на фенотип никакого воздействия[171].

Метиляционный «тупик»

Цитидин (основание Ц) и 5-азацитидин очень похожи по химическому строению. Они показаны на рисунке 11.1, где для простоты продемонстрированы лишь самые главные компоненты их структуры (они называются цитозин и 5-азацитозин соответственно).

В верхней части диаграммы, которая очень похожа на рисунок 4.1, показано, что цитозин может быть метилирован метил-трансферазой ДНК (ДНМТ1, ДНМТ3А или ДНМТ3Б) для создания 5-метилцитозина. В 5-метилцитозине атом азота (N) заменяет ключевой атом углерода (С), который обычно и метилируется. Метилтрансферазы ДНК не могут добавлять метиловую группу к этому атому азота.

^{Рис. 11.1. 5-азацитозин может быть включен в ДНК во время копирования ДНК, которое происходит перед делением клетки. 5-азацитозин занимает место основания Ц, но так как в нем находится атом азота в позиции, где должен быть атом углерода, чуждое основание не может быть метилировано ДНМТ1 так, как это показано на рисунке 4.2}

Давайте еще раз вернемся к главе 4 и представим себе метилированную область ДНК. При делении клетки она размыкает две цепочки двойной спирали ДНК и копирует каждую из них. Однако ферменты, копирующие ДНК, не могут самостоятельно копировать метилирование ДНК. Как следствие, в каждой новой двойной спирали есть одна метилированная цепочка и одна неметилированная. Метилтрансфераза ДНК под названием ДНМТ1 может узнать ДНК, у которой метилирование ДНК присутствует только на одной цепочке, и может восстановить его на другой цепочке, тем самым восстанавливая изначальную схему метилирования ДНК.

Но если делящиеся клетки обработаны 5-азацитидином, то это аномальное цитидиновое основание добавляется в новую цепочку ДНК при копировании генома. Так как в аномальном основании место атома углерода занимает атом азота, фермент ДНМТ1 не может восстановить отсутствующую метиловую группу. Если это явление повторяется в процессе деления клеток, метилирование ДНК начинает выхолащиваться.

При делении клеток под воздействием 5-азацитидина происходит еще что-то интересное. Теперь известно, что когда ДНМТ1 связывается с областью, в которой ДНК содержит 5-азацитидин вместо обычного цитидина, ДНМТ1 прилипает к нему[172]. Этот оказавшийся в тупике фермент затем отсылается в другую часть клетки и разрушается. По этой причине общие уровни фермента ДНМТ1 в клетке понижаются[173][174]. Уменьшение количества ДНМТ1 в сочетании с фактом, что 5-азацитидин не может быть метилирован, означает, что объемы метилирования ДНК в клетке продолжают падать. Через некоторое время мы еще вернемся к вопросу о том, почему такое снижение уровня метилирования ДНК оказывается эффективным для борьбы с раком.

Итак, 5-азацитидин является примером того, как противораковый агент неожиданно проявил свои эпигенетические свойства. Как это ни странно, но довольно похожая история произошла и с другим соединением, которое теперь уже стало лицензированным средством лечения рака[175].

Еще одна счастливая случайность