Краткая история эпигенетики: введение
История эпигенетики связана с исследованиями эволюции и развития. Но за последние 50 лет значение самого термина "эпигенетика" претерпело эволюцию, сопоставимую с резко возросшим пониманием молекулярных механизмов, лежащих в основе регуляции экспрессии генов у эукариот. Наше современное рабочее определение выглядит следующим образом: "Изучение митотически и (или) мейотически наследуемых изменений в генной функции, которые нельзя объяснить изменениями в нуклеотидной последовательности ДНК" ( Riggs et al., 1996 ). Однако до 1950-х годов слово эпигенетика использовали в совершенно другом смысле - для обозначения всех событий развития, ведущих от оплодотворенной зиготы к зрелому организму, то есть всех регуляторных процессов, которые, начиная с генетического материала, формируют конечный продукт ( Waddington 1953 ). Эта концепция берет свое начало в гораздо более ранних исследованиях в области клеточной биологии и эмбриологии, начиная с конца XIX столетия, которые заложили фундамент нашего сегодняшнего понимания взаимоотношений между генами и развитием.
Долгое время среди эмбриологов шли горячие споры о природе и локализации компонентов, ответственных за реализацию плана развития организма. В своих попытках осмыслить большое число остроумных, но в конечном счете противоречивых экспериментов по манипулированию с клетками и зародышами эмбриологи разделились на две школы: на тех, кто думал, что каждая клетка содержит преформированные элементы, которые в ходе развития лишь увеличиваются в размерах, и тех, кто полагал, что этот процесс включает химические реакции между растворимыми компонентами, которые и реализуют сложный план развития. Эти воззрения сфокусировались на относительном значении ядра и цитоплазмы в процессе развития. Вслед за открытием существования хромосом, сделанным Флемингом в 1879 году, опыты, проведенные многими исследователями, в том числе Вильсоном и Бовери, дали надежное доказательство того, что программа развития находится в хромосомах. В конечном счете, Томас Гент Морган ( Morgan, 1911 ) привел наиболее убедительные доказательства этой идеи, продемонстрировав генетическое сцепление нескольких генов Drosophila с Х-хромосомой.
Начиная с этого момента, был достигнут быстрый прогресс в создании линейных карт хромосом, в которых отдельные гены были локализованы в специфических сайтах на хромосомах Drosophila ( Sturtevant, 1913 ). Конечно, оставались без ответа классические вопросы "эпигенеза": какие молекулы внутри хромосом несут генетическую информацию, каким образом они направляют программу развития и как эта информация передается при клеточном делении. Было известно, что в хромосомах присутствуют и нуклеиновая кислота, и белки, но их относительный вклад не был очевиден; конечно, никто не верил, что нуклеиновая кислота одна может нести всю информацию о развитии. Более того, оставались более старые вопросы о возможном вкладе цитоплазмы в процессы развития. Данные генетики Drosophila заставляли считать, что наследуемые изменения в фенотипе могут происходить без соответствующих изменений в "генах". Характер этих дискуссий резко изменился, когда ДНК была идентифицирована как основной носитель генетической информации. В конечном счете оказалось полезным переопределить эпигенетику таким образом, чтобы различать те наследуемые изменения, которые возникают в результате изменений в нуклеотидной последовательности ДНК, и те, которые с ними не связаны.
Смотрите также:
