Почему Сталин защищал Лысенко

В процессе жизнедеятельности к молекулам ДНК в клетках (в том числе и в половых) специальные ферменты "пришивают" метильные группы (-CH₃) к цитозину в составе особого динуклеотида в позиции N5 пиримидинового кольца. Метильные группы присоединяются к ДНК в определенной последовательности при помощи специальных ферментов — метилаз или метилтрансфераз. В 1961 г. был обнаружен фермент метилиназа. Было открыто также неферментное метилирование ДНК. Метилирование ДНК регулирует реализацию информации, записанной в геноме. Особый фермент ДНК метилтрансфераза переносит метильную группу на 5 позицию пиримидинового кольца. Метилируется только цитозин, после которого расположен гуанин.

Интересно, но к одним генам метильных групп "пришивается" больше, к другим — меньше. Распределение метильных групп по генам (так называемый рисунок метилирования) зависит от того, насколько активно тот или иной ген используется.

Получается совсем как с «тренировкой» (упражнением и неупражнением органов), которое Ламарк считал причиной наследственных изменений. Поскольку "рисунок метилирования" передается по наследству и поскольку он, в свою очередь, влияет на активность генов у потомства, легко заметить, что здесь может работать совершенно ламарковский механизм наследования: "натренированные" предками гены будут и у потомства работать активнее, чем "ослабевшие" от долгого неиспользования (90). Метилированию подвергается и ДНК митохондрий. При этом митохондриальная ДНК метилирована по-разному даже в пределах одной и той же клетки.

Так называемый «профиль метилирования» определяет, какие из генов будут у данной ДНК активны, а какие — нет. При этом профиль метилирования меняется в зависимости от условий, в которых находится клетка. Таким образом, только изменяя профиль метилирования, можно менять экспрессию генома, никак не затрагивая нуклеотидную структуру ДНК. Если нормальный профиль метилирования был изменен, например, мощным воздействием токсичного химического агента, то это изменение может сохраниться в поколениях. Результат, как в случае с экспериментом на беременных крысах, может оказаться драматическим, хотя, повторим, сама ДНК остается нормальной и не несет никаких угрожающих жизни и здоровью потомства мутаций (241).

В ДНК могут встречаться необычные метилированные основания 5-метилцитозин и 5-метиладенин. Метилирование остатков цитозина стабилизирует спираль ДНК. Когда цитозин превращается в 5-метилцитозин его склеивание с гуанином становится крепче. Наличие метильной группы препятствует приклеиванию особых белков — транскрипционных факторов. Однако после дезаминирование он превращается в тимидин и возникает мутация. Пара нуклеотидов ЦГ заменяется на пару ТА. Поэтому остатки 5-метилцитозина — горячие точки мутагенеза.

Метилирование ДНК регулирует экспрессию генов и клеточную дифференцировку (332). Метилирование цитозина приводит к тому, что к ДНК приклеиваются белки, ингибирующие транскрипцию (305). Метилирование транскрибируемой части гена не приводит к полному подавлению его транскрипции (61), однако метилирование резко нарушает функцию белков синтезирующих информационную РНК, и это ещё один источник ошибок при синтезе белка. Метилирование снижает скорость и точность копирования информации. Клетка решила и эту проблему создав особые белки деметиляторы. Обычно метилирование выключает данный ген из системы и белок на нем не может синтезироваться. Метилирование ДНК, видимо, сохраняется при делении. На этом основано существование разных клеток и тканей в организме животных. Этот механизм можно рассматривать как часть эпигенетической (когда информация записана не на ДНК) составляющей генома (90).

Метилирование ДНК уменьшается с возрастом. Это явление было открыто советским ученым Ванюшиным (331, 333). При раке уменьшается метилирование ДНК (331, 333). Метилирование ДНК участвует в созревании клеток (275, 305).

Эксперименты показали, что если пометить ядро соматической дифференцированной клетки в цитоплазму яйцеклетки или цитоплазму, взятую из стволовых клеток, то изменяется уровень метилирования ДНК (344). Метилированная ДНК передается в дочернюю клетку, то есть не мешает удвоению ДНК (330). Метилирование цистеина и гистонов мешает перепрограммировать геном ядра для начала развития.

Особенно широко метилирование ДНК и гистонов распространено у растений и именно оно задействовано в изменении признаков при целенаправленном отборе при выведении сортов (см. ниже). У растений метилирование ДНК меняется при прорастании семян, при переходе к цветению и после заражения грибами и вирусами.

Однако, например, у круглого червя Caenorhabditis elegans метилирование цитозина почти не наблюдается, в то время, как у позвоночных обнаружен высокий уровень метилирования — до 1 % (20).

Таким образом, метилирование ДНК и гистонов влияет на процесс передачи наследственной информации по пути, в котором участие последовательности нуклеотидов ДНК минимально.