Метильная группа — химическая группа, состоящая из одного атома углерода и трех атомов водорода (-СНЗ). Эта группа связана с эпигенетикой тем, что может присоединиться к ДНК или даже к некоторым гистонам, действуя как метка, которая влияет на функции генов.
Гистон — ядерный белок, состоящий из аминокислот с положительным зарядом. За счет этого он связывает ДНК для ее упаковки и образования нуклеосом.
Нуклеосома — базовая структурная единица хроматина, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками.
Внимание, дорогие читатели! Вы столкнулись с термином «метилирование», который мы будем часто использовать в этой книге, так что, возможно, сейчас — лучший момент для его краткого объяснения, хотя более подробное описание этого процесса будет приведено в дальнейшем. А сейчас краткое определение: метилирование — наиболее частотная эпигенетическая модификация. В свою очередь, эпигенетическая модификация — любая модификация ДНК, изменяющая структуру гена, без нарушения его основной последовательности.
Как модификация, метилирование представляет собой химический процесс (присоединение метильной группы к молекуле), способный «выключить» экспрессию хорошего гена, что в некоторых случаях может спровоцировать изменения опухолевого типа.
Стоит отметить, что само по себе метилирование не хорошо и не плохо, так как речь идет всего-навсего о физиологическом процессе. За последние годы было опубликовано довольно много статей об эпигенетике и раке, что говорит о большом количестве исследований в этой области: количество публикаций, посвященных раку и эпигенетическим модификациям, увеличилось в двадцать раз! А в реальности открытие связи между онкологией и метилированием ДНК уже сейчас позволило разработать новые методы диагностики и лечения, что снова подтверждает наше изначальное утверждение об исключительной важности эпигенетики для улучшения качества жизни и особенно для борьбы с таким разрушающим злом, как онкологические заболевания.
Экспрессия генов — процесс, в ходе которого ген копируется в молекулу РНК. Как правило, экспрессия гена включает в себя синтез белка, закодированного этим геном, но это не всегда так. Экспрессия гена может варьироваться в различных тканях или в различные моменты развития.
Медицинская мультидисциплина
Можно не без основания утверждать, что эпигенетика применима не только в таких областях, как медицина, биология и биотехнология. Она также участвует в развитии генной терапии и трансплантации у животных и растений, которые важны для лесной биотехнологии и скотоводства. В частности, ученые пришли к выводу, что такие феномены, как вирусная латенция (то есть неэкспрессированный вирусный геном) болезни, вызванные прионами (например, известный случай коровьего бешенства в Великобритании), и другие заболевания, напрямую связаны с эпигенетикой.
Такая широкая применимость эпигенетики обусловила быстрый рост исследовательской деятельности в области этой новой дисциплины. Однако, несмотря на ее вклад в молекулярную биологию, биомедицину и биотехнологию, эпигенетика все еще остается наукой, которой едва уделяется хоть какое-то место в учебниках. И хотя в самых престижных научных центрах по всему миру количество лабораторий, специализирующихся на изучении эпигенетического феномена, растет полным ходом, первая конференция по эпигенетике состоялась относительно недавно — в 1996 году, всего два десятилетия назад.
Прион — новый инфекционный агент, который содержит не нуклеиновую кислоту, а аномальную структуру белка. Он был открыт Стенли Прузинером, который был удостоен Нобелевской премии по медицине в 1997 году. Сейчас обсуждается вопрос участия прионов в развитии различных заболеваний.
В настоящий момент, хотя эпигенетика все еще является дисциплиной, неизвестной широкой публике, ее продвижение уже не остановить. Это можно объяснить тем, что инвестиции в теоретические и экспериментальные исследования со стороны академических и частных учреждений являются залогом ее настоящего и будущего. Кроме того, уже стали появляться компании, занимающиеся развитием технологий, связанных только с эпигенетическими аспектами.
В некоторых случаях конечная цель этих корпораций — производство новых лекарств, предназначенных для лечения человеческих болезней. И хотя можно подумать, что они используют эпигенетические биотехнологии с единственной целью — улучшить свое экономическое благосостояние, на самом деле то, что крупные международные компании приобретают маленькие, которые специализируются на продуктах эпигенетики (например, работающие с веществами, действующими на уровне сиртуинов или метилтрансфераз гистонов, и используемыми в лечении рака), приводит к бурному росту вложений. Речь идет о десятках миллионов евро, что дает большую поддержку в проведении исследований.
Белок — молекула, сформированная цепочкой аминокислот. Белки выполняют множество функций (способствуют структурированию, передают сигнал, катализируют химические реакции и т. д.).
Хроматин — комплекс, сформированный ДНК и белками, которые взаимодействуют с дезоксирибонуклеиновой кислотой, чтобы обеспечить ее пространственной организацией и функцией в ядре.
Смелое утверждение
Как мы только что объяснили, все, что относится к эпигенетике, сейчас как нельзя более актуально. Но если вышеизложенное вам кажется немного запутанным, приготовьтесь к «смелому утверждению»: то, что мы знаем как нормальную ДНК, то есть последовательность, из которой берут начало белки… весь этот генетический материал составляет всего лишь 10 % нашего генома. Такой вот незначительный процент. Только десятая часть! Что же делают остальные 90 %? Отличный вопрос, друзья!
Метилтрансфераза гистонов — фермент, ответственный за метилирование, но не ДНК, а гистонов.
Сиртуин — белок, который модифицирует гистоны, удаляя химическую (метильную) группу.
Можно с уверенностью утверждать, что 45 % нашего генома состоит из эволюционных остатков нашего прошлого: к ним относятся микроорганизмы, черви, рыбы или мелкие млекопитающие. Мало того, они еще переполнены «незваными гостями», поскольку в наш геном включены тысячи последовательностей ДНК, принадлежащих многочисленным вирусам, которые сопровождали человека на протяжении всей истории нашего вида.
«Хорошо, но что же происходит с оставшимися 45 %?» — спросите вы. Значительная часть нашего генетического материала производит «странные» молекулы, называющиеся некодирующими РНК, которые похожи на те, что участвуют в синтезе белков, только вместо того чтобы производить белки, они регулируют работу клеток. Самыми известными членами большой семьи некодирующих РНК являются микроРНК, крохотные молекулы от 18 до 25 нуклеотидов, которые подавляют или активируют сотни генов1. Тогда возникает еще один, само собой разумеющийся вопрос: почему мы вообще говорим об этих молекулах? Ответ прост: потому что многие эпигенетические признаки регулируются этими особыми структурами, однако мы до сих пор не знаем большую часть их функций, поэтому на данный момент называем эти участки нашей ДНК «темным геномом».
Об активации и ингибировании генов, их «включенном» и «выключенном» состоянии см. в разделе «Транскрипционная функция» в «Базовом пособии» и термин «транскрипционная активность» в глоссарии.
Маленькое заявление о намерениях
Дорогие читатели, наша главная цель состоит в том, чтобы эта книга пролила для вас немного света на увлекательный мир эпигенетики. Лучшим способом достижения этой цели нам кажется представление коротких, но занимательных (по крайней мере, мы на это надеемся) и простых по форме историй, которые позволят вам понять, что такое эпигенетика и для чего она нужна. Чтобы вы смогли ответить на подобные вопросы:
