Она смеётся, как мать. Могущество и причуды наследственности

Мы понимаем эпигенетику в той мере, в которой можем за ней наблюдать. Когда ученые только начали отслеживать метилирование, покрывавшее ДНК, им с трудом удавалось вообще обнаруживать эти метки. В 1990-х гг. Энрико Коэн мог вырезать отдельный ген и проверять его на наличие метильных групп. Затем исследователи разработали инструменты для оценки метилирования на всей ДНК в клетке. Однако для этого им требовалось извлечь ДНК из примерно миллиона клеток. Если они были разных типов, с разными схемами метилирования, то ученые имели возможность получить лишь очень размытые эпигенетические представления. К 2010-м гг. исследователи научились помещать клетки на своеобразную микроскопическую конвейерную ленту, где можно было проверять всё метилирование в каждой клетке по очереди.

При более подробном изучении эпигенетики многие прежние предположения оказались неверны. Вот пример. В 2015 г. биолог Азим Сурани из английского Института Уэлкома провел одно из первых эпигенетических исследований на эмбриональных клетках человека[966]. В частности, он с коллегами изучал клетки, находящиеся на пути к превращению в сперматозоид или яйцеклетку. Ученые наблюдали, как первичные половые клетки избавляются от большей части своих метильных меток перед тем, как прикрепить новые группы. Однако несколько метильных групп упрямо оставались на своих местах ДНК.

Во многих клетках были одни и те же участки ДНК, которые непоколебимо сохраняли свою прежнюю эпигенетическую структуру. Они содержали вирусоподобные фрагменты ДНК, которые называются «ретротранспозоны». Эти фрагменты добиваются от клетки, чтобы та их скопировала, а затем новая копия вставляется в другое место на ДНК. Метилирование помогает обуздать таких генетических паразитов.

Ретротранспозоны, как правило, находятся рядом с белок-кодирующими генами, поэтому вероятно, что активность этих генов также приостанавливается. Сурани с коллегами обнаружил, что некоторые гены, расположенные рядом со стабильно метилированными участками, связаны с различными заболеваниями – от ожирения до множественного склероза и шизофрении. На основе своих экспериментов ученые пришли к выводу, что именно такие гены являются перспективными кандидатурами для эпигенетического наследования.

Возможно, но опять же не подтверждено, что в эпигенетической передаче между поколениями участвуют другие молекулы. Например, при оплодотворении сперматозоид доставляет в яйцеклетку не только хромосомы, но и РНК. Некоторые из этих молекул РНК могут управлять начальными стадиями развития эмбриона. Биолог Трейси Бэйл из Пенсильванского университета провела эксперименты, чтобы понять, может ли жизненный опыт отца повлиять на его потомков через молекулы РНК в сперматозоиде[967].

В частности, Бэйл с коллегами исследовала влияние стресса, перенесенного самцами мышей в раннем возрасте[968]

. Специалисты выяснили, что после того, как эти мыши вырастали, в их сперматозоидах обнаруживалась необычная смесь молекул РНК. Ученые заинтересовались, какой эффект могут оказать эти РНК на потомство. Они ввели найденную смесь РНК в сперматозоиды мышей, которые не подвергались в своей жизни такому стрессу, а затем этими сперматозоидами оплодотворили яйцеклетку. Мышата, развившиеся из таких клеток, плохо справлялись со стрессом. Исследования Бэйл позволяют предположить, что РНК в сперматозоиде отца, подвергнутого стрессу, может выключать определенные гены в клетках его потомков. И через такое подавление работы генов отцы способны навсегда изменить поведение своих потомков.

Некоторые другие ученые также нашли многообещающие признаки влияния РНК на наследственность у животных. Биолог Энтони Хосе из Мэрилендского университета проследил РНК, которые образуются в организме крошечного червя Caenorhabditis elegans[969]. Эти молекулы синтезируются в нервной системе, а затем могут распространиться по всему организму и оказаться в итоге внутри сперматозоидов, выключая там гены. Другие исследователи показали, что молекулы РНК способны выключать те же самые гены у червей в следующем поколении, а также и в нескольких последующих. Похоже, что эти молекулы РНК поддерживают сами себя в череде поколений, заставляя молодых червей синтезировать новые копии[970].