завел нежелательные знакомства, из-за которых забыл о своих обязанностях и об учебе. Проваливался на экзаменах, прогуливал занятия… Уже в подростковые годы он не проявлял стремления к учебе, что сказалось на успеваемости. Становилось все более очевидным, что в университет он не поступит и не достигнет того, чего достиг Хуан, который, возвращаясь из университета, с грустью и некоторым чувством вины смотрел на своего брата-бездельника. Пока Хуан получал образование, Давид тратил на алкоголь и табак все те малые деньги, которые ему удавалось заработать на временных работах.
Шли годы, мальчики стали мужчинами. Хуан с дипломом по ветеринарии уехал жить в сельскую местность и работал там по профессии. Жизнь Давида, наоборот, протекала во все менее «здоровых» условиях: так как зарабатывал он мало, единственное, что было ему по средствам, — это комната в нищенской квартире с видом на кольцевую дорогу, переполненную стоящими в пробках машинами, которые загрязняют воздух.
Ген — единица генетической информации. Участок ДНК, который содержит необходимую информацию для формирования белка или функциональной РНК. Определение гена также может включать в себя ДНК, которая не кодирует, а участвует в регуляции экспрессии генов.
Некоторое время спустя после рождения первого сына Хуан узнал, что Давиду диагностировали агрессивный рак легких. Через два года его брат скончался в больнице. Безутешный Хуан, плача от бессилия, держал его руку, пока тот не испустил дух. На могилу «своего второго я» Хуан заказал надпись: «Вместе навсегда».
Итак, оставим в стороне неоспоримый драматизм этой истории. Что нам демонстрирует этот пример с научной точки зрения? Как такое возможно, что два человека с одинаковой ДНК могут вести себя по-разному и переносить разные болезни в течение своей жизни?
Причина проста: ДН К — это еще не все, эпигенетика — вот что придает ей смысл.
Один и тот же костюм с разной отделкой
Для того чтобы ответить на вопросы, которые мы только что задали, необходимо вернуться к началу истории Хуана и Давида: важен момент, когда они стали близнецами, то есть когда в одном эмбрионе зародились два плода.
Вот в чем суть: однояйцевые близнецы, другими словами, рожденные из одного эмбриона, поделившегося надвое, обладают одним и тем же геномом, но могут иметь различный эпигеном. Эта концепция была представлена на суд общественности в первый раз в 2005 году, когда наша команда опубликовала статью «Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins» (cm. Fraga, M. E в библиографии), в которой мы доказали, что однояйцевые близнецы демонстрируют разную эпигенетику на уровне метилирования ДНК (напомним: это процесс, который объясняет, почему некоторые гены активны, а другие остаются «молчащими») и модификаций гистонов (белков, которые помогают ДНК сворачиваться в характерную спираль, составляя хромосомы).
Эта находка изменила то, как мы, исследователи, понимали отношения между геномом, эпигеномом и окружающей средой, и благодаря обширному научному отклику на эту статью, многие средства массовой информации с мировым именем, такие как The New York Times, The Wall Street Journal и телеканалы CBS и ВВС также транслировали эту идею. Вот это да! Мы опубликовали настоящий научный бестселлер!
Модификация гистонов относится к химическим процессам, которым подвержены гистоны, она влияет на функционирование хроматина. Существует множество модификаций, таких как метилирование, ацетилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и т. д.
Ацетилирование — введение остатка уксусной кислоты СН3СО в состав органического соединения.
Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфолирирующего агента-донора к субстрату.
Наше исследование доказало, что большинство близнецов генетически и эпигенетически идентичны при рождении, но сразу после этого их эпигеномы начинают меняться в индивидуальном порядке, другими словами, по отдельности.
Мы решили назвать этот процесс «эпигенетическим дрейфом». Такая метафора позволяет понять, что эта модификация в какой-то степени похожана непредсказуемое движение судна, которое относит морским или речным течением. В нашей грустной истории братьев-близнецов Хуана и Давида мы увидели, что чем старше становились близнецы, тем сильнее различались они эпигенетически, и чем меньше времени проводили друг с другом, тем более разными были их эпигенетические химические метки. С другой стороны, злоупотребление такими веществами, как табак или алкоголь со стороны Давида, их разный образ жизни (сидячий — Давида, физически активный — Хуана) и тип питания были ключевыми факторами в процессе появления различий между ними.
Убиквитирование — посттрансляционное присоединение ферментами убиквитин-лигазами одного или нескольких мономеров убиквинтина. Убиквитин, аналогично применявшейся у пиратов «черной метке», обрекает белковые молекулы, к которым он прикрепляется, на смерть.
Хромосома — физическая структура в клеточном ядре эукариот, которая содержит генетический материал в форме ДНК, закрученной вокруг белкового комплекса, в основном состоящего из гистонов. Более крупные организмы делят свой генетический материал на несколько хромосом.
Эукариот — клетка, которая содержит ДНК. Отдел за двойной мембраной называется ядром, чем и отличается от прокариот (бактерий и архей), генетический материал которых не содержится в ядре.
После публикации статьи наше изначальное наблюдение было подтверждено и доказано многими исследователями, которые в своих работах использовали еще более сложную и высококачественную технику, что позволило нам добавить новые данные, дополнившие наше открытие и расширившие эту область знаний.
Однако в биомедицинском сообществе все еще оставался один нерешенный вопрос, тайна, разгадка которой не найдена: случаи дискордантных близнецов.
Проще говоря, вопрос связан со случаями, в которых однояйцевые близнецы являются носителями одной и той же мутации, из-за которой они подвержены высокому риску развития определенного заболевания. Однако у одного болезнь развивается, а у другого — нет или развивается спустя много лет. Как такое вообще возможно?
Мутация — изменение в последовательности оснований ДНК.
Основания — мы говорим об основаниях (азотистых), имея в виду химические составляющие, которые являются неотъемлемой частью нуклеиновых кислот. В ДНК содержится 4 типа: А (аденин), Т (тимин), Ц (цитозин) и Г (гуанин). В РНК Т (тимин) заменяется на У (урацил).
Барабанная дробь… Эпигенетика снова приходит на помощь, как седьмой кавалерийский полк.
Рассмотрим это подробнее: благодаря достижениям в эпигенетических исследованиях, мы удостоверились в том, что близнец, находящийся на грани заболевания, начинает накапливать вредоносные эпигенетические изменения, провоцирующие патологию. То есть оба обладают одной и той же мутацией, вследствие которой, например, они имеют склонность к определенному типу рака, но из-за стиля жизни один из них накапливает эпигенетические изменения, по причине которых болезнь разовьется, вто время как другой (с иным стилем жизни) никогда ею не заболеет.
Другой пример,
