Эпигенетика: что это такое?
Под эпигенетикой обычно понимают область знаний о совокупности свойств организма, которые не прямо, а опосредованно закодированы в геноме и, по определению, должны передаваться по наследству. По сути дела в первую очередь эта наука имеет дело с механизмами, контролирующими экспрессию генов и клеточную дифференцировку. У организмов существуют мощные регуляторные элементы (в самом геноме и даже целые системы в клетках), которые контролируют работу генов, в том числе и в зависимости от разных внутренних и внешних сигналов биологической и абиотической природы. Эти сигналы накладываются на генетику и часто по-своему решают коренной вопрос "быть или не быть". Действительно, даже самая отличная генетика может вовсе и не реализоваться, если эпигенетика неблагополучна. По образному выражению Нобелевского лауреата П. Медавара "генетика полагает, а эпигенетика располагает".
Долгое время эпигенетику многие не признавали совсем, а часто стыдливо или даже намеренно умалчивали о ней. В основном, это происходило потому, что знания о природе эпигенетических сигналов и путях их реализации в организме были очень расплывчатыми. Сегодня стало ясно, что одним из таких эпигенетических сигналов в клетке является энзиматическая модификация (метилирование) самой генетической матрицы, то есть метилирование ДНК . С раскрытием и описанием исключительной роли метилирования ДНК в жизни организмов, по сути дела, впервые по-настоящему произошли становление и материализация эпигенетики как науки. Именно в России были открыты тканевая и возрастная специфичность метилирования ДНК у эукариотических организмов, в том числе у животных и высших растений, и было впервые обоснованно заявлено, что эта энзиматическая модификация генома может быть одним из механизмов регуляции экспрессии генов и клеточной дифференцировки. Здесь же были получены первые данные о том, что метилирование ДНК контролируется гормонально, а искажение метилирования ДНК - путь к раку.
Набор и природа эпигенетических сигналов в клетке весьма разнообразны, таких сигналов много и сегодня они разделяются, по крайней мере, на несколько групп - метилирование и деметилирование ДНК, гистоновый код (энзиматическая модификация гистонов - ацетилирование , метилирование , убиквитинирование , фосфорилирование и другие), транскрипционное и трансляционное замалчивание генов малыми РНК , позиционирование элементов хроматина . Любопытно, что многие из этих процессов переплетены между собой и взаимозависимы. Это во многом обеспечивает и гарантирует надежность эпигенетического контроля за избирательным функционированием генов.
Детальное описание разных эпигенетических сигналов и механизмов их реализации можно найти в соответствующих главах этой любопытной книги. В ней детально описаны собственно феномен, история и концепции эпигенетики, ее отдельные механизмы и пути реализации эпигенетических сигналов в клетке. Особое место занимают главы, описывающие роль малых РНК в замалчивании генов, ремоделирование хроматина, его разные энзиматические модификации, транскрипционное замалчивание генов белками групп поликомб и триторакс , инактивацию X хромосом и половую дифференцировку у нематод и млекопитающих, механизмы дозовой компенсации генов у дрозофилы и млекопитающих, метилирование ДНК и механизмы геномного импринтинга у млекопитающих, эпигенетические механизмы дифференцировки стволовых клеток, эпигенетический контроль за лимфопоэзом, пересадку ядер и репрограммирование ядра, эпигенетику рака, эпигенетические болезни человека. По отдельности в соответствующих главах довольно детально рассматривается так называемая частная эпигенетика разных групп организмов: дрожжей и других грибов, насекомых (дрозофила), реснитчатых простейших (Ciliata), высших растений.
Наука эпигенетика уже успела основательно прорасти в технологии. В одном из последних бюллетеней (Technology Review) Массачуссетского технологического института (США) эпигенетика названа среди десяти важнейших технологий, которые в ближайшее время могут изменить мир и оказать наибольшее влияние на человечество. И это действительно так. С ней безусловно связан прогресс биологии, медицины, сельского хозяйства и разных биотехнологий.
Резюме. При делении во время митоза дочерние клетки могут наследовать от родительских не только прямую генетическую информацию в виде новой копии всех генов, но и определенный уровень их активности. Такой тип наследования генетической информации получил название эпигенетического наследования . Эпигенетика (epigenetics, греч. epi — на, над, сверху и genetikos — относящийся к рождению, происхождению) - «ветвь биологии, изучающая причинные взаимодействия между генами и их продуктами, образующими фенотип» (К. Уоддингтон); наука об обратимых наследственных изменениях функционирования гена, которые происходят без изменений в нуклеотидной последовательности ДНК. При этом работают биохимические механизмы, влияющие на активность генов, напр. метилирование промоторных элементов гена, модификации гистонов хроматина и др., что приводит к изменению активности генов.
Термин «Эпигенетика» был предложен К. Уоддингтоном в 1947 г. как производное от аристотелевского «эпигенез».Эпигенетика изучает наследуемые особенности (паттерны ) экспрессии генов, вызываемые потенциально обратимыми изменениями структуры хроматина и(или) метилирования ДНК, не сопровождаемые изменениями ее первичной структуры.
Смотрите также:
