Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

У этого объяснения был лишь один недостаток. Оно не годилось для крапчатых мышей, которых изучала Лайон.

Если такие самки выключают одну из своих X-хромосом, их должна ожидать та же участь, что и самцов. Если они инактивируют нормальную хромосому, то умрут еще до рождения. Если мутантную – их шерсть будет окрашена равномерно. Каким-то образом самкам удается избежать обоих вариантов.

Тщательно все обдумав, Лайон остановилась на гипотезе, которая могла объяснить все факты. Она села за стол, изложила ее в семи абзацах и отправила в журнал Nature [780] Lyon 1961. .

Мэри предположила, что, когда развивается эмбрион самки, в его клетках выключается одна из X-хромосом. Но какая именно инактивируется, в каждой клетке определяется случайно. Затем клетки делятся, и дочерние получают одну и ту же выключенную X-хромосому. В свою очередь они передают ее всем потомкам. В итоге организм самки состоит из групп клеток, в половине которых неактивна одна X-хромосома, а в другой половине – вторая.

Такой тип наследственности мог объяснить крапчатую окраску у мышей. Лайон предположила, что одна из X-хромосом у мышей несет мутацию, нарушающую развитие окраски. У самок кожа образована группами клеток. У всех клеток в каждой группе выключена одна и та же X-хромосома. Поэтому некоторые группы образуют шерсть нормального цвета, а другие – измененного.

Nature опубликовал статью Лайон в 1961 г. Прочитав ее, другие биологи испытали досаду, что сами не додумались до этой идеи. Тем временем Мэри продолжала искать новые данные. Изучая шерсть кошек, она обнаружила, что закономерности проявления черепахового окраса и окраса калико соответствуют ее модели. Эту гипотезу подтверждали и некоторые заболевания человека.

По мере того как Лайон публиковала в следующих статьях все новые данные, и другие ученые убеждались в правильности ее идеи. Они окрестили ее гипотезой Лайон, или просто Г. Л. Деактивацию случайно выбранной X-хромосомы стали называть лайонизацией, хотя сама исследовательница возражала против такого термина.

Когда в 1963 г. Лайон приехала в Нью-Йорк на научную конференцию, газеты и журналы восхваляли ее. Time удивлялся, что звездой конференции оказалась «тихая англичанка, не представившая ни одного доклада и оказавшаяся – подумать только! – редактором выходящего два раза в год журнала Mouse News Letter ».

Однако исследовательница навлекла на себя и гнев – грозным противником оказался генетик немецкого происхождения Ганс Грюнеберг. Он бежал от нацистского режима в 1933 г. и нашел убежище в Англии, где стал профессором Университетского колледжа Лондона. К середине XX в. Грюнеберг сделал больше чем кто-либо для использования мышей в качестве модели при изучении наследственности человека. Он даже написал полное руководство на эту тему «Генетика мыши» (The Genetics of the Mouse).

В 1950 г. Грюнеберг принимал защиту диссертации Лайон. А спустя десятилетие он ознакомился с ее статьей в Nature и счел эту работу нелепой. Позднее Лайон предположила: «Возможно, он так и не осознал, что я больше не аспирантка и не должна спрашивать у него разрешения» [781] Цит. по: Vines 1997, p. 269. .

Хотя другие ученые восхищались работой исследовательницы, Грюнеберг начал против нее кампанию. В собственных исследованиях генетик использовал мышей, у которых на X-хромосоме была мутация, вызывающая дефекты в зубной системе. Согласно гипотезе Лайон, у самок зубы должны представлять смешения разных клеток, в части которых будет здоровая X-хромосома, а в остальных – мутантная. Однако, когда Грюнеберг заглянул мышам в рот, то увидел, что все зубы одинаковы.

Просмотрев исследования человеческих заболеваний, Грюнеберг также не обнаружил подтверждения гипотезы Лайон. «Можно заключить, – торжественно вынес он приговор, – что поведение генов, находящихся на половых хромосомах у человека (равно как и у других млекопитающих), не подтверждает гипотезу Лайон» [782] Grüneberg 1967, p. 255. .

Другие ученые были поражены безжалостностью Грюнеберга. Год за годом, статья за статьей, конференция за конференцией он продолжал свои нападки. Его стыдились даже ближайшие коллеги, потому что он отказывался принимать накапливающиеся доказательства лайонизации. В 1963 г. появилось исследование, ставшее одним из самых важных для подтверждения гипотезы Лайон. Генетик Рональд Дэвидсон из Университета Джонса Хопкинса изучал с коллегами заболевание крови под названием «дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы» (Г6ФД) [783] Davidson, Nitowsky, and Childs 1963. . Оно вызывается мутацией в X-хромосоме, нарушающей структуру белка Г6ФД, вследствие чего происходит разрушение эритроцитов. Мужчины, унаследовавшие одну копию мутантного гена, всегда страдают от этой болезни. У женщин, если на второй X-хромосоме есть нормальная копия гена, симптомы могут не проявиться.

Дэвидсон проверил отдельные клетки кожи у женщин – носителей этой мутации. Он обнаружил, что в одной половине клеток была инактивирована X-хромосома с испорченным геном, а в другой – с нормальным. В целом клетки женщин производили достаточное количество нормальной Г6ФД, чтобы их организмы были здоровы.

Грюнеберг не принял доказательства Дэвидсона. Более того, он начал нападать и на защитников Лайон. Исследовательница позже вспоминала, что из-за Грюнеберга эти десять лет ее жизни были сложными и тоскливыми. Тем не менее она сохранила свой невозмутимый здравый смысл. К 1970-м гг. ученые перестали сомневаться, существует ли лайонизация. Теперь их интересовало, как она происходит.

Ответ на этот вопрос нашелся среди множества молекул, кишащих вокруг нашей ДНК. Эти молекулы – РНК и белки – контролируют, какие гены сделать активными, а какие выключить. Одни молекулы выключают гены, плотно накручивая нити ДНК вокруг белковых катушек. Другие, наоборот, разматывают эти нити, предоставляя доступ к ДНК молекулам, которые считывают генетическую информацию. Некоторые белки прикрепляются к генам, выключая их на то время, пока сами присоединены. А поскольку клетка способна синтезировать много таких белков, то стоит одному отсоединиться, как другой сразу же занимает его место. Кроме того, клетка может выключать гены надолго с помощью надежного молекулярного предохранителя. Это выключение, которое называется метилированием, иногда сохраняется намного дольше того периода времени, что существует сама клетка. Когда клетка делится, дочерние достраивают предохранители по материнскому образцу.

Целый ряд ученых направил всю свою научную деятельность на поиск молекул, которые выключают X-хромосому [784] См.: Jegu and Lee 2017; Payer 2016; Vacca et al. 2016; Vallot, Ouimette, and Rougeulle 2016. . Благодаря их усилиям на X-хромосоме был обнаружен участок (его назвали Xic [785] X-chromosome inactivation centre (англ.) – центр инактивации X-хромосомы. – Прим. пер. ), на котором находятся несколько важных генов. У самок в каждой клетке на ранних стадиях развития эмбриона две X-хромосомы направляются друг к другу, и их Xic-области встают рядом. Между парой Xic-участков скапливаются определенные молекулы, которые начинают дрейфовать от одного к другому, что по сути является молекулярным аналогом детской считалочки «эники-беники». В какой-то момент они прикрепляются к одному из двух Xic-участков и запускают работу генов, выключающих целую X-хромосому.