Епігенетика: нескінченна історія (у трьох томах)

ТОМ ПЕРШИЙ

Епігенетика, на думку авторки, — це один з найцікавіших напрямків сучасної науки. Вона розв’язує серію питань і водночас задає не меншу кількість своїх. Але, щоб повністю оцінити красу цієї гілки біології, мабуть, треба трохи звернутись до історії розвитку епігенетики.

Генезис

З чого би почати цей екскурс? А з чого все почалося? Спочатку було слово? Ну, подивимося.

Ген — структурна і функціональна одиниця спадковості, що контролює розвиток певної ознаки чи властивості. Сукупність генів батьки передають нащадкам під час розмноження.

В даний час в молекулярній біології встановлено, що гени — це ділянки ДНК, що несуть якусь цілісну інформацію, будь то будова однієї молекули білка або однієї молекули РНК. Ці та інші функціональні молекули визначають розвиток, ріст і функціонування організму.

Цікаво, що років 15-20 назад всі вчені дуже чітко уявляли, що ж то таке “ген”, а от сьогодні… (*)

Епігенезис

Термін “епігенетика” має різні значення для різних вчених. Молекулярні біологи, ймовірно, найбільш знайомі з таким визначенням епігенетики як “вивчення спадкових змін в функціях генів, які не можуть бути пояснені змінами в послідовності ДНК” [Riggs і співавт. 1996]. Тобто послідовність ДНК (ті всі А, Т, Г і Ц нуклеотиди у всій їх комбінаториці) залишається однаковою, сталою, а от функціонує ділянка ДНК по-різному. Для тих дивних молекулярних біологів епігенетичні механізми — це метилювання ДНК, гістонові модифікації та ін. (до цього ми повернемося в томі другому).

Функціональні морфологи, однак, можливо краще знайомі з таким визначенням, що і Херінг [1993], для яких епігенетика — це “сукупність взаємодій між клітинами і клітинними продуктами, що призводить до морфогенезу і диференціації“. Такий собі підхід біології розвитку — все те, що дає розмаїття клітин дорослого організму — нервові клітини, без’ядерні еритроцити в крові, лімфоцити імунної системи та багато інших клітин — з лише однієї клітини-попереднника (зиготи). Згідно з цією точкою зору під “епігенетичний” вже може підпадати велетенський обсяг впливів: від гормонів і факторів росту до кімнатної температури і орієнтації в гравітаційному полі.

Генезис епігенезису

Наведені вище два визначення одного терміну суттєво відрізняються. Згідно з Хаігом [2004] це трапилось через те, що сам термін мав принаймні два зародки у ХХ сторіччі.

Прикметник “епігенетичний” має набагато давнішу історію, ніж іменник “епігенетика”, бо стосувався іншого іменника, “епігенезу”. Оксфордський словник пояснює теорію епігенезу, як ту, згідно з якою “зародок починає існувати (послідовним органічним ростом), а не тільки лише розвивається в процесі відтворення.”

І

Воддінгтон (Waddington C.H.) у 1942 році пояснював епігенетику, як вчення про механізми, завдяки яким гени в генотипі приводять до фенотипових змін під час розвитку. Пізніше, вже у 1956 році, він пояснював, чому саме обрав такий термін. “Ми розуміємо, що під час початку розвитку зигота має певні ‘заготовлені’ риси, але вони повинні взаємодіяти один з одним в процесі ‘епігенезису’ для формування дорослого організму. Наука, що вивчає такі заготовлені риси — генетика; термін епігенетика був запропонований для вивчення тих процесів, що [керують взаємодіями між ними]”.

Таким чином, епігенетика вивчала процеси, завдяки яким один і той самий генотип давав розвиток різним клітинам і тканинам організму, і також ускладнення, через які може розвитися рак.

ІІ

Друге утворення “епігенетики” у ХХ сторіччі сталося завдяки Ненні (Nanney). У березні 1958 р. на конференції у Gifsur-Yvette, присвяченій Поза-хромосомній Спадковості, Ненні визначив те, що він назвав генетичними та пара-генетичними системами.

Але через значну критику, що вчений отримав через неправильне, на думку професора грецької філології, використання терміну, до моменту офіційних публікацій, що вийшли вже в липні 58, Ненні замінив термін “пара-генетика” на “епігенетика”.

Ненні пояснював, що “додаткові механізми з різними принципами дії грають роль в тому, які саме [специфічні гени] будуть експресуватись в кожній окремій клітині”. Саме ці додаткові механізми він і назвав епігенетичними, і саме їх він визначив відповідальними за те, що з однієї зиготи розвивається так багато різних клітин. Більш того, ці епігенетичні механізми можуть бути довготривалими.

Цікаво, що в процесі конференції зітнулися дві сили вчених — з одного боку, ті, що наполягали на основній і трохи не виключній ролі у спадковості, еволюції і розвитку саме генетичного матеріалу у ядрі, а з іншого — такі вчені, як Ненні, що вірили в важливу роль цитоплазми та інших поза-ядерних факторів в спадковості.

До симпозіуму у 1959 (Cold Spring Harbor Symposium on Quantitative Biology), Ненні відточив свій концепт епігенетичних систем. Він зазначив, що “епігенетична зміна не може привести до постійної втрати інформації, і теоретично можливе повернення до попереднього стану експресії генів”.

Як з гіркотою (принаймні, я так вважаю) зазначив Борис Ефрусі у 1958 р., “Нажаль, я повинен нагадати, що не все, що успадковується, — то є гени.”

—

От така цікава історія у початку епігенетики. А про то, шо ж це таке є, дивіться в томі другому.

А поки можете почитати щось цікавеньке, наприклад про стовбурові клітини =]

• D. Haig, “The (dual) origin of epigenetics,” Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol., vol. 69, pp. 67—70, 2004.

• Будь ласка, пишіть авторці якщо вам цікаві філософські міркування на тему “що таке ген?” E.g. див. ці дивовижні приклади (попередження: хардкор молекулярна генетика)