На протяжении веков люди поднимали взгляд на звезды, задаваясь вопросом, есть ли кто-нибудь еще на других планетах, кто бы нас понял, был бы с нами, вошел бы в нашу жизнь… На самом деле такое поведение — постоянный поиск чего-то еще — снова и снова определяет нашу историю, является частью нашей видовой специфики.
Но для того, чтобы ответить на вопрос, который человечество задает на протяжении тысячелетий, возможно, следовало бы обратить внимание на нас самих, нашу ДНК, вместо того чтобы всматриваться в небеса. Потому что наш геном — и это не предположение, а факт — населен миллионами существ: целой вселенной из последовательностей, которые берут начало из множества источников и которые мы приобрели в процессе эволюции.
Дело все в том, что мы испытываем непомерную гордость по поводу того, какие мы: не иначе как высокомерные и антропоцентричные представители вида Человек разумный, самые развитые существа, хозяева планеты Земля, короли мира. Но нам определенно не помешает знать, что большая часть нашего генома нам не принадлежит. Действительно, это будет лечение унижением, которое нам не повредит.
Что? Как такое может быть?
Очень просто, потому что наша ДНК кишит молекулярными паразитами, вирусными и псевдовирусными последовательностями, которые некогда встроились в наш генетический материал. При внимательном рассмотрении оказывается, что эти последовательности вовсе не дружелюбные, никаких полезных для человека намерений они тоже не выказывают, наоборот, как примерные пришельцы, явившиеся из другого мира, как идеальные ультратела родом из неизвестных мест, они просто ищут то же, что и все посетители нового мира: выжить и продержаться как можно дольше любыми способами. Хотя, если задуматься, в этом смысле они не так уж и отличаются от нас.
Но не будем отвлекаться и вернемся к этим любопытным (и даже немного загадочным) вирусным и псевдовирусным последовательностям. Если бы мы позволили им действовать на свое усмотрение, наш геном превратился бы в хаос: эти подвижные последовательности начали бы «прыгать» от одного участка хромосомы к другому и, опасные, как обезьяна с гранатой, подвергали бы нас двойному риску. Во-первых, потому что смогли бы прикрепляться посередине к нашим генам, делая их неактивными, а во-вторых, потому что эти эндопаразиты, активируясь, могут «унести с собой» фрагмент гена, становясь причиной потери его активности.
Поэтому важно, чтобы наши молекулярные паразиты были спокойными, не высовывались.
Но… кто же тогда их контролирует?
И снова эпигенетика дает нам ответ на этот непростой вопрос: не кто иной, как наш старый приятель — метилирование ДНК, решающий фактор в борьбе с незваными гостями.
Как?
На данный момент мы знаем, что для завершения цикла, то есть для создания мРНК на основе последовательности ДНК, эти эндопаразиты должны быть транскрибированы. Так вот, метилирование отвечает за то, чтобы этого не случилось, двумя способами.
мРНК (матричная РНК, информационная РНК, и PH К) — один из типов РНК. Когда ген активируется, он транскрибируется, или копирует информацию на мРНК. Информация с этой мРНК в конце концов прочитывается в рибосомах и воспроизводит белок на основе информации, заключенной в ней.
Рибосома — структура, состоящая из белков и некодирующих РНК, которая служит каркасом для трансляции, то есть синтеза белков на основе информации, содержащейся в мРНК.
Первый из них заключается в том, чтобы добавить много метильных групп к ДНК (а именно к цитозинам) вокруг точного места, где должна возникнуть РНК эндопаразита. Так метилирование вмешивается в процесс транскрипции паразитического элемента, а эпигенетика нас снова спасает.
Другой метод, который использует метилирование для разрушения вирусных последовательностей, интегрированных в наш геном, заключается в стимулировании в нем генетических мутаций, так как метилированный цитозин более подвержен химическому изменению под названием дезаминирование, которое превращает метилированный цитозин в тимин. То есть когда ДНК метилирована, вероятность возникновения спонтанных мутаций увеличивается. Эта мутация обычно обозначает отсутствие активной РНК эндопаразита.
Трансляция — в контексте клетки это процесс, во время которого она копирует последовательность матричной РНК и согласно генетическому коду строит цепочку аминокислот. Трансляция происходит в цитоплазме клетки.
Так что в качестве заключения остается только один ответ на вопрос: а есть ли кто-нибудь там, снаружи? Предельно ясный ответ: да, кто-то есть, но внутри. Вывод: мы не одиноки, а в плохой компании. К счастью, метилирование ДНК всегда рядом — супергерой, способный заставить замолчать (или даже изгнать) наших нежеланных гостей.
Рис. 4. Механизмы транскрипции (процесс, который происходит в ядре клетки) и трансляции (процесс, который происходит в цитоплазме клетки)
А сейчас еще пара фактов о захватчиках
Откуда берутся эти гены?
Самые последние исследования молекулярной эволюции показывают, что эти нежеланные паразиты нашей ДНК проникли в наш геном из-за инфекций миллионы лет назад. Считается, что внедрение или введение их в организм удалось благодаря пользе, которую они могут принести (некоторые из этих элементов прижились, выполняя новые полезные для клеток функции, другие инактивировались из-за мутаций и эпигенетических механизмов).
В любом случае эти элементы остались интегрированными в геномы, став неотъемлемой их частью и передаваясь из поколения в поколение.
Какие типы молекулярных паразитов интегрировались в наш генетический материал?
В геномах многих организмов мы можем найти так называемые транспозоны — способные к передвижению участки ДНК, которые у человека составляют примерно 45 % генетического материала.
Некоторые из них являются эндогенными ретровирусами, то есть копиями последовательностей вирусов, которые навсегда интегрировались в геном. Речь идет о мобильных (они способны «прыгать» с одной стороны генома на другую) генетических элементах, типы которых могут быть разными, как, например, ретротранспозоны (SINE, LINE) или транспозоны ДНК.
Ретротранспозон — мобильный элемент генома, который использует PH К-интермедиаты, то есть промежуточные вещества, чтобы перемещаться и внедряться между различными участками хромосомы.
Ретровирус — вирус РНК, который способен превращаться в ДНК, чтобы встроиться в геном человека.
Глава 9
Окружающая среда говорит с нашими генами, и иногда они прислушиваются
Считается, что человек не остров, и это правда — ну, как минимум в случае эпигенетики, потому что живые существа — это мы и наше окружение. Все, что вокруг нас, постоянно «говорит» с нами по разным причинам, но на единственном доступном языке — химических (и физических) модификаций.
Эпигенетика снова и снова оказывается в зоне взаимодействия между нашими генами и окружающей средой, превратившись в переводчика, который делает коммуникацию между этими двумя мирами возможной. Рассмотрим примеры.
Питание
Один из внешних факторов, который оказывает наибольшее влияние на нашу деятельность, — это питание. Риск развития многочисленных заболеваний, например рака или диабета, связан с нашими пищевыми привычками, так же как и различные отклонения в умственном и физическом развитии связаны с дефицитом питания.
Среди компонентов диеты, которые могут оказать наибольшее влияние на нашу эпигенетику, особое место занимают определенные питательные вещества, такие как витамин В12 и фолиевая кислота, содержащиеся во многих овощах и орехах. Они играют важную роль в эпигенетике, потому что являются «донорами» метильных групп, которые контролируют нашу ДНК. Организм людей, страдающих циррозом или имеющих проблемы с печенью, не может правильно усваивать эти питательные вещества, их геном подвержен тотальному гипометилированию, которое присоединяется к их основному заболеванию.
