Как влияют внешние факторы на наши гены?

Долгое время в биологическом сообществе го­сподствовала идея, что индивидуальность каждо­го из нас определяется тем, какими генами мы об­ладаем. Однако не менее важно и то, какие из них мы используем. Как и всюду в биологии, по­следнее   неразрывно   связано   с   той   же  химией.

Клетки эмбриона на самых ранних стадиях дают начало тканям всех возможных типов. По мере его развития так называемые плюрипотентные ство­ловые клетки дифференцируются и превращают­ся в бодибилдинг. Последние сохраня­ют свои индивидуальные свойства на протяжении всей жизни организма. Формирование тела челове­ка — это, по существу, химические превращения хро­мосом стволовых клеток, в результате которых изме­няется набор функционирующих и молчащих генов.

Одно из революционных открытий в области клони­рования и изучения стволовых клеток состоит в том, что упомянутые превращения обратимы. В процес­се дифференциации клетки не инактивируют часть генов, поддерживая в рабочем состоянии только те, которые нужны сейчас. Они их выключают и под­держивают в состоянии боевой готовности. Данные гены могут активироваться, например, под действием определенных химических веществ внешней среды.

Особенно интересен и загадочен с точки зрения химии тот факт, что регуляция генной активности осуществляется на надатомном и надмолекуляр­ном уровнях, при участии целых групп взаимодей­ствующих друг с другом молекул. Хроматин — ком­плекс между ДНК и белками, образующий хромо­сомы, — имеет иерархическую структуру. Сначала двухцепочечная молекула ДНК обвивается вокруг частиц цилиндрической формы, состоящих из осо­бых белков — гистонов. Затем образовавшаяся «нит­ка бус» укладывается в пространстве в структуры более высокого порядка. Клетка строго контролиру­ет процесс укладки — от того, в каком месте в хрома­тине окажется данный ген, зависит его активность.

Перестройка структуры хроматина происходит при участии особых ферментов, играющих ключевую роль в клеточной дифференцировке. В эмбриональ­ных стволовых клетках хроматин имеет рыхлую, не­упорядоченную структуру, которая уплотняется по мере выключения генов в процессе дифференцировки.

Структурирование хроматина сопровождается хи­мическими превращениями как ДНК. так и гистонов. К ним присоединяются небольшие молекулы — мар­керы. указывающие клетке, какие гены выключить, а какие, напротив, включить. Такие метки носят на­звание эпигенетических факторов, поскольку они не влияют на информацию, заключенную в генах.

До какой степени зрелые клетки можно вернуть в состояние плюрипотентности? Будут ли они об­ладать свойствами стволовых клеток, необходи­мыми для использования при регенерации различ­ных тканей? Ответ зависит от того, в какой мере мож­но повернуть вспять эпигенетическое маркирование.

Совершенно очевидно, что помимо генетическо­го языка, на котором записаны многие ключевые инструкции,   клетки  используют  совершенно  другой с химической точки зрения язык — эпигенети­ческий. «Человек может иметь генетическую пред­расположенность к какому-то заболеванию, на­пример раку, но возникнет оно или нет, зависит от средовых факторов, действующих через эпигене­тический канал», — говорит Брайан Тернер (Bryan Turner) из Бирмингемского университета в Англии.