Эпигенетика: ДНК – это еще не все
 Изображение глаз двух генетически идентичных мушек. Разная окраска глаз обусловлена эпигенетическими изменениями. (Изображение: Renato Paro/ETH Zürich) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
У плодовых мушек Drosophila melanogaster определенной лабораторной линии глаза белого цвета. Если окружающую температуру эмбрионов, которая в норме поддерживается около 25 С⁰, ненадолго повысить до 37 С⁰, то мушки вылупятся с красными глазами. При скрещивании таких мух, следующее поколение проявляет частично красного цвета глаза уже без температурной обработки, хотя по всем законам генетики должны появиться мухи только с белым цветом глаз.
Внешняя среда влияет на наследственность
Исследовательская группа под руководством Ренато Паро, профессора биосистем на факультете Науки о биосистемах и инженерии (D-BSSE), скрещивала мушек в шести поколениях. В этих экспериментах они доказали, что температурная обработка изменяет цвет глаз у этой специфической линии мушек, и что эти изменения индивидуальных мушек передаются в нескольких поколениях. Однако было доказано, что ген ответственный за цвет глаз остаётся одним и тем же.
Этим результатам дает объяснение эпигенетическая концепция. Эпигенетика рассматривает наследование признаков, не записанных в последовательности ДНК. Для Паро, эпигенетические механизмы являются дополнительным, вышестоящим уровнем информации по сравнению с генетической информацией ДНК.
В прошлом этот феномен мог быть рассмотрен только на описательном уровне. Сегодня, научно доказано какие молекулярные структуры принимают участие в данном явлении: важным фактором являются гистоны, которые отвечают за упаковку и компактное хранение ДНК. Сейчас стало известно, что эти белки имеют и дополнительные функции. В зависимости от химических групп, которые они содержат, т.е. ацетилированы они или метилированы, гистоны непрерывно активируют или деактивируют гены. Новые методы позволяют сейчас исследователям непосредственно показать, какие гены активированы или деактивированы гистонами.
У клеток есть память
Эпигенетические пометки, такие как модификации гистонов, так же важны при специализации клеток тела. Они сохраняются при клеточном делении и передаются дочерним клеткам. Если делятся клетки кожи, то создается больше клеток кожи; клетки печени формируют клетки печени. В обоих типах клеток все гены деактивированы, за исключением тех, которые нужны клеткам кожи или печени для того, чтобы быть клетками кожи или печени и соответствующим образом функционировать. Генетическая информация ДНК передается вместе со специфической эпигенетической информацией соответствующей клеточному типу.
Группа под руководством Паро исследует эту клеточную память. До сих пор не ясно, каким образом эпигенетические маркеры передаются дочерним клеткам. В процессе клеточного деления ДНК удваивается, при этом, как считается, гистоны должны распадаться. Вопрос заключается в том, как клеточная память, кодируемая эпигенетическими механизмами, сохраняется в процессе деления.
Сходный вопрос ставится при наследовании потомством эпигенетических характеристик от родителей. Сейчас известно, что при формировании гамет, некоторые эпигенетические маркеры сохраняются и передаются потомству. Вопрос, который сейчас исследуется, состоит в том, какая часть эпигенетической информации сохраняется и после наследуется.
Ученые так же исследуют влияние различных веществ окружающей среды на эпигенетическое состояние организмов, включая человека. Характер питания и эпигенетические проявления тесно связаны. Самым известным примеров являются Агути (Agouti) мыши: они желтой окраски, толстые и склонны к диабету и раку. Если самок Агути кормить смесью витамина В12, фолиевой кислотой и холином, непосредственно перед беременностью и в течение этого периода, то они дают, в основном, коричневого цвета, стройное и здоровое потомство. А те, в свою очередь, будут иметь мышат сходных с собой.
Противоречие Дарвину?
То, что факторы окружающей среды изменяют свойства индивидуумов, и это наследуемо, не очень-то согласуется с теорией Дарвина. Согласно его теории, эволюция является результатом популяции, а не единственного индивидуума. «Передача приобретенных признаков больше согласуется с теорией Ламарка», говорит Паро.
Однако он не утверждает, что эволюционная теория Дарвина ставится под вопрос эпигенетическими исследованиями. «Дарвин был на 100 процентов прав», утверждает Паро. По его мнению, эпигенетика дополняет дарвиновскую теорию. Формирование и передача новых признаков эпигенетическим путем, подчиняется тем же механизмам эволюции, что и чистая генетика.
Также по теме:
Источники:
- ETH Zurich (2009, April 13). Epigenetics: DNA Isn't Everything. ScienceDaily