Епігенетика – новий погляд на природу спадковості
Епігенетика в даний час “поставляє” найбільш цікаві факти для “будівництва” нової парадигми сучасної генетики. Термін “епігенетика” був запропонований відомим англійським генетиком До Уодінгтоном (1905-1975) ще в 1942 р для позначення процесів формування конкретного фенотипу на основі певного генотипу. Спочатку під такими процесами малися на увазі оборотні модифікації в ході онтогенезу.
В даний час особлива увага приділяється спадковим змінам генної експресії, що відбувається без зміни нуклеотидного складу ДНК. Фундаментальним положенням епігенетики є те, що один і той же генотип може виявлятися різними фенотипами, які опосередковуються різними станами генних локусів. Для вираження цих станів, обумовлених різними епігенетичними механізмами, з’явився особливий термін – Епігеном (Паткін Е. Л., 2008). Виділяють кілька епігенетичних механізмів.
Метилирование ДНК – найбільш поширений і вивчений варіант включення і виключення генної експресії за допомогою метильної групи, пов’язаної з азотистих основ (зазвичай цитозином). Метилирование здійснюється цілим сімейством ферментів метилтрансферазу. Особливо велика його роль на ранніх етапах розвитку, коли протікають процеси диференціювання.
Зміна структури хроматину в ході онтогенезу має не менше значення. Основний спосіб такої регуляції – різноманітні модифікації гістонових білків нуклеосом. З цими модифікаціями пов’язана активація або виключення специфічних генів. Модифікації гістонів грають ключову роль у формуванні гетерохроматина (конденсованого нефункціонуючої хроматину). Крім гістонів, в хроматині міститься велика кількість інших білків, отримали збірне назва негістонових. Модифікації таких білків також впливають на активність генів.
Вплив малих РНК виявилося зіставно за своєю значимістю для регуляції генної експресії з активністю регуляторних генів. Багато малі РНК походять з міжгенних ділянок і інтронів матричної РНК, вирізуваних в процесі сплайсингу. Їх різноманіття обумовлює наявність різних класифікацій малих РНК.
РНК-залежний механізм регуляції експресії генів, відкритий тільки в 1995 р, отримав назву РНК-інтерференції. В основному він запускається за допомогою двунітевих малих РНК (Смирнов А. Ф., 2009). Це відкриття радикально змінило наші уявлення про регуляцію генної експресії в ході онтогенезу.
Впливом малих РНК, може бути, пояснюється загадкове явище парамутаціі, при якому аллель “запам’ятовує” свій стан в попередньому поколінні. Це явище суперечить законам Менделя, згідно з якими гени гетерозигот розходяться в статеві клітини незмінні. Було запропоновано кілька моделей, що пояснюють виникнення парамутацій, але всі вони не більш ніж гіпотези. Можливо, новому поколінню при заплідненні передаються молекули малих РНК. Ймовірно, парамутаціі широко поширені в природі, обумовлюючи явища пенетрантності експресивності (Паткін Е. Л., 2008).
Найбільш яскравим епігенетичних феноменом є геномної імпрінтінг, відкритий в 1984 р Він проявляється у ссавців і квіткових рослин. Геномної імпрінтінг являє собою обумовленість експресії генів залежно від батьківського або материнського походження. Зигота, а потім і клітини організму як би “запам’ятовують” походження гена. Незважаючи на інтенсивне вивчення в останні роки, механізм геномного імпринтингу в чому залишається незрозумілим. Ймовірно, він обумовлений розходженням у метилировании хромосом.
Імовірно, 0,1% генів ссавців піддаються імпринтингу (Смирнов А. Ф., 2009). Хоча число імпринтованих генів відносно невелике, всі вони відіграють важливу роль, особливо в регуляції поведінки. Саме через наявність імпринтованих генів необхідна наявність батьківського і материнського геномів для нормального розвитку зародка.
У дослідженнях генетиків розглядаються й інші епігенетичні механізми регуляції генної експресії. Вони, безумовно, відіграють свою роль у розвитку більшості полігенних хвороб людини (Cook G., Hill A., 2001). Відносно недавно показана важлива роль впливу внутрішньоутробного розвитку на організм і його подальшу поведінку. Так, схожість разнояйцових близнюків значно більше, ніж схожість звичайних братів і сестер, хоча ступінь генетичної спільності в обох випадках однакова (Scarr S., 1992).
Подальше вивчення епігенетичних механізмів повинно розкрити таке явище, як структурна спадковість, під якою розуміється функціонування як матриць тривимірних структур, що утворюють собі подібних. Найвідомішим прикладом є білки пріони (Шаталкін А. І., 2009).
Більш пильна увага до епігенетичних механізмам розкрило можливість зовнішнього впливу на спадковість. Навіть такі зовнішні фактори, як харчування, материнська турбота, спосіб запліднення, впливають на Епігеном (Паткін Е. Л., 2008). Цей вплив може здійснюватися шляхом біохімічної модифікації ДНК і гістонів, що змінює генну експресію. Якщо такі модифікації зачіпають лінії первинних статевих клітин (ППК), то відбувається спадкування фенотипу. Показана можливість передачі у спадок “малюнка метилування” генів, що змінює фенотипічні властивості.
Таким чином, деякі епігенетичні феномени кидають виклик традиційній генетичної парадигмі. Вікова проблема “успадкування набутих ознак” повертається в генетику в новій якості.
Автономність генів виявилася значно меншою, ніж передбачалося на зорі генетики. Саме тому так важко дати чітке визначення гена. Гени генома інтегровані в транскрипційні мережі, які можна розглядати як самостійні структури генетичного апарату. Їх взаємозв’язок відкриває можливості моделювати і передавати у спадок специфічну активність геному.
А. І. Шаталкін призводить цікаве порівняння діяльності організму і сучасного виробництва. При цьому генотип можна порівняти з технічною документацією, а фенотип – з кінцевим продуктом. Але на виробництві не можна не враховувати роль робочого колективу, який реалізує технічний проект. А в організмі? Можливо, цю роль виконують процеси самоорганізації (Шаталкін А. І., 2009).
Вперше термін “самоорганізована система” був використаний одним із засновників кібернетики У. Р. Ешбі (1915-1985) ще в 1947 р (Ashby R., 1956). В даний час питання самоорганізації активно розробляються в рамках синергетики, чий вплив на біологію все більш відчутно. Такий синтез змушує вчених по-новому розуміти явища спадковості і мінливості, є вагомою фактором розробки нової парадигми.
Іншим вагомим чинником послужили відкриття, що спростовують наші уявлення про стабільність генома.
(2 votes, average: 3.50 out of 5)