Холлидей взглянул на процесс развития рака с эволюционной точки зрения. Ведь когда одна либо несколько клеток «сошли с колеи» и стали бесконтрольно размножаться — они вступили на путь «эгоистической эволюции», а естественный отбор, конечно же, выбирает как раз клетки с наибольшими ненормальностями. С тех пор в тысячах исследований была подтверждена связь между нарушениями эпигенетического контроля и раком. Теперь хорошо известно, что нарушения метилирования — чрезмерное деметилирование одних частей генома и чрезмерное метилирование других — характерны для многих видов рака. Они приводят к ошибочной активации онкогенов, к отключению генов, подавляющих развитие рака, либо к тому и другому вместе.
Эти находки подтолкнули к более широкому исследованию нарушений различных эпигенетических механизмов при развитии рака. Как оказалось, при раке не только нарушается метилирование — но возможны изменения процесса ацетилирования гистонов, РНК-интерференции и импринтинга, упоминавшихся выше. Например, у детей, страдающих синдромом Беквита-Видемана, тысячекратно повышен риск развития злокачественных опухолей детского возраста — таких, например, как опухоль Вильмса (рак почек). В настоящее время ученые исследуют эпигенотипы различных видов рака, включая рак груди, легких, пищевода, желудка, толстой и прямой кишок, различных форм лейкемии и многих других злокачественных опухолей, поражающих кровь и лимфатическую систему, например, таких архетипических форм рака, как лимфома и миелома.
Конечно, в увлечении новой областью исследований не стоит забывать обычные, традиционно признаваемые факторы риска, и внешние — например, курение для рака легких либо папиллома для рака шейки матки, а также генетическую подоплеку карциногенеза. Не стоит также пренебрегать развитием традиционных способов лечения и исследования рака: радиологией, хирургией и радиотерапией. Если появятся надежные и гарантированные средства борьбы с раком — а я не сомневаюсь в этом, — они не будут некой единообразной панацеей, а станут результатом объединения огромного корпуса знаний, накопленного в различных областях медицины.
Всю нашу жизнь эпигеном откликается на воздействия окружающей среды. Поэтому читатели едва ли удивятся, узнав, что связь между эпигенетикой и старением — это важнейшая область эпигенетических исследований.
Конечно, старение — не болезнь в обычном смысле этого слова. Это естественный процесс, характерный для всех форм жизни, которым присуще половое размножение: и для целакантов, и для дубов, и для тропических древесных лягушек, и для человека. Притом — как ни странно — простейшие формы жизни, такие, как бактерии и амебы, не стареют. Старение и смерть — удел существ, чьи тела разделены на различные клетки, ткани и органы и чье размножение требует слияния мужской и женской половых клеток. Надо заметить, отношение к старению и смерти в разных культурах разное, но с медицинской точки зрения проблемы старения всегда одни и те же, вне зависимости от культуры, места жительства и этнической принадлежности.
Люди по-разному относятся к старению, но большинство согласится: мы любим жизнь и хотим полноценно жить как можно дольше. Серьезные болезни омрачают существование, отнимают у жизни достоинство и независимость — неотъемлемое право любого человека. Несомненно, помочь нам жить как можно дольше, сохраняя при этом полноценный образ жизни, — разумная и достойная цель для медицины.
В 2007 году М. Фрага и М. Эстеллер, работающие в Лаборатории рака и эпигенетики в Мадриде, опубликовали замечательный обзор о важности эпигенетики в старении, заключив, что «это зарождающаяся область исследований, обещающая значительный прогресс в ближайшем будущем»[162]. Сейчас несколько исследовательских групп работает над картой метилирования человеческого генома, сравнивая геномы молодых и старых, ведется также подобная работа над картами гистонных модификаций. В интервью с Джерри Уилсоном я коснулся проблемы старения и доказательств вовлечения в этот процесс эпигенетических процессов.
— У всех членов одной семьи наблюдается сходное увеличение либо уменьшение метилирования с возрастом, — сказал Уилсон. — Но в среднем по населению метилирование с возрастом не меняется. В связи с этим стоит снова задаться вопросом: «Почему в некоторых семьях риск заболеть раком выше?» Конечно, дело в генетической предрасположенности, но эпигенетические факторы тоже следует принимать во внимание.
Однояйцовые близнецы — идеальный предмет наблюдения для генетики. Для эпигенетики однояйцовые близнецы также исключительно ценны, но по причине в точности обратной — не потому, что они генетически идентичны, а как иллюстрация нарастания со временем эпигенетических различий. В основополагающей статье в американском журнале «Материалы Национальной академии наук США» Фрага с коллегами сообщили результаты изучения однояйцовых близнецов[163]. Оказывается, близнецы по-разному восприимчивы к заразным заболеваниям и даже к распространенным психическим расстройствам, таким, как шизофрения и биполярные расстройства. Испанские исследователи задались вопросом: «Может ли быть, чтобы два человека, начавшие жизнь с абсолютно идентичным набором генов, по сути генетических клонов друг друга, со временем стали различаться по экспрессии этих генов?» Во многом это исследование, затронувшее восемьдесят пар близнецов, тридцать пар мужчин и пятьдесят — женщин, в возрасте от трех лет до семидесяти четырех, может считаться совершенной и исчерпывающей проверкой способности эпигенома реагировать на окружающую среду.
Исследователи обнаружили: в начале жизни эпигенетические механизмы однояйцовых близнецов практически идентичны. Но с возрастом приблизительно у трети близнецов проявляются существенные эпигенетические различия в метилировании ДНК и модификации гистонов. Эти модификации касаются всего генома, затрагивают и вирусные последовательности, и «позвоночные» гены, и, по-видимому, оказывают существенное влияние на экспрессию генов. Существует прямая связь между возрастом близнецов и степенью эпигенетических различий. У молодых они относительно слабо различаются, а у старых различия весьма существенны и хорошо заметны. Разница больше у близнецов, ведущих разный образ жизни и меньше времени проживших вместе, что, по словам Фрага с коллегами, «подчеркивает роль факторов окружающей среды в трансляции общего генотипа в два разных фенотипа». Далее авторы статьи размышляют, не в этом ли кроется причина различной восприимчивости однояйцовых близнецов к некоторым заболеваниям.
Для Уилсона однояйцовые близнецы были важным объектом исследования аутоиммунных заболеваний, и ревматоидного артрита в частности.
— Данные по ревматоидному артриту сходны с данными по диабету первого типа, — сказал Уилсон. — Одним из наших способов определить роль генетического фактора и было сравнение частотности заболевания ревматоидным артритом у разнояйцовых и однояйцовых близнецов. Если бы болезнь эта имела целиком генетическую природу и ответственные за нее гены всегда функционировали, то логично было бы ожидать ревматоидный артрит у обоих близнецов. Но не более тридцати процентов однояйцовых близнецов болеют им одновременно. Процент совпадений у разнояйцовых близнецов еще меньше — всего семь процентов. Понятно, напрашивается вопрос: отчего семьдесят процентов расхождения у однояйцовых? Возможно, это как раз результат влияния окружающей среды. Ревматический артрит — заболевание, развивающееся по мере взросления, и потому растущие эпигенетические расхождения между близнецами могут, в принципе, объяснить, почему один болеет, а другой — нет.
Я спросил, не может ли сказываться и различный уровень стресса у близнецов? За десятилетия опыта консультирования в клинике я много раз видел, как продолжительный стресс провоцирует аутоиммунные заболевания, иногда даже несколько одновременно.
— Да, в самом деле. Мы исследовали влияние классических стрессовых гормонов, включая кортикостероиды, и обнаружили, что кортикостероиды могут оказывать сильнейшее влияние на гены, причем результатом действия кортикостероидов могут быть как генетические, так и эпигенетические изменения. Есть данные в пользу того, что кортикостероиды могут влиять на эпигенотип клеток.
Я спросил, по-прежнему ли доктор Уилсон думает, что изучение изменений эпигенома для медицины не менее важно, чем изучение геномных мутаций?
— Да, я так сказал однажды и по-прежнему так считаю. Проблема в том, чтобы достичь должной степени исследованности. Эпигенетика каждой клетки сложна, а клеток множество разновидностей. И для одной клетки речь идет не просто о метилировании — а о множестве возможных модификаций гистонов.
