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

Воспоминания в нашем мозге тоже могут сохраняться отчасти благодаря изменениям, которые вносятся в эпигеном [949] Kim and Kaang 2017. . Начиная с середины XX в. нейробиологи стали замечать, что в процессе формирования памяти образуются новые связи между нейронами. Некоторые из этих связей обрезаются, другие становятся сильнее, и эти изменения могут сохраняться годами. Недавно исследователи выяснили, что создание новых воспоминаний тоже сопровождается эпигенетическими изменениями. Например, перестраиваются витки, в которые смотана нить ДНК, и присоединение метильных групп происходит по новой схеме. Эти устойчивые изменения гарантируют, что нейрон продолжит синтезировать белки, необходимые для укрепления связи, и тем самым сохранит свою долговременную память.

У растений нет мозга, но есть своя память об инфекциях, опасной концентрации соли или засухе. Борьба с этими природными вызовами может помочь растениям быть готовыми к повторным неприятностям в будущем. Если пострадавшее от засухи растение сейчас наслаждается проливным дождем, оно все равно будет помнить об отсутствии воды. Даже через неделю это растение среагирует на засуху сильнее, чем то, для которого никогда не возникало подобной угрозы [950] Lämke and Bäurle 2017. . Исследователи выяснили, что в основе такой длительной готовности растения к неприятностям лежит долговременное изменение его эпигенома.

Однако изменения эпигенома не всегда безоговорочно полезны. В некоторых исследованиях было показано, что стресс и другие негативные воздействия тоже могут вызывать в клетках эпигенетические изменения – но они приводят к долгосрочным нежелательным последствиям.

Одно из самых серьезных доказательств этой связи было получено в лаборатории Майкла Мини из Университета Макгилла [951] См.: Moore 2015; Provençal and Binder 2015; Science News Staff 1997; Zimmer 2010. . В 1990-х гг. Мини со своими коллегами начал изучать, как крысы переносят стресс. Если крыс помещают в маленькую пластиковую коробочку, у животных возникает состояние тревоги и выделяются гормоны, учащающие пульс. Некоторые крысы реагируют на этот стресс сильнее, чем другие. После недолгого поиска Мини с коллегами нашел причину этих различий. Оказалось, что тех крыс, у которых выделяется много гормонов стресса, матери мало вылизывали в детстве.

Вместе со своим коллегой по университету генетиком Моше Шифом Мини изучил физиологические различия, которые возникают у крысят из-за частого или редкого вылизывания. Исследователи знали, что в контроле стресс-реакции у млекопитающих принимает участие гиппокамп – отвечающая за формирование воспоминаний область мозга, где в течение всей жизни образуются новые нервные клетки. Когда гормоны стресса соединяются с рецепторами на нейронах гиппокампа, те запускают ответ, который в итоге прекращает их выработку.

Мини и Шиф изучили метилирование в нейронах гиппокампа. Они обнаружили, что у крыс, которых много вылизывали, уровень метилирования вокруг гена, отвечающего за развитие того рецептора, что реагировал на гормоны стресса, был относительно низкий. У крыс, которых вылизывали мало, метилирование оказалось намного сильнее. Мини и Шиф предположили, что, когда мать вылизывает своих детенышей, это влияет на нейроны гиппокампа: вокруг гена рецептора убираются метильные группы. Освободившись от них, ген становится более активным, и нейрон производит больше рецепторов. У крысят, которых много вылизывали, эти нейроны более чувствительны к стрессу и эффективней его сдерживают. У крыс, которых вылизывали недостаточно, рецепторов меньше. Они постоянно находятся в состоянии стресса.

Люди тоже млекопитающие, поэтому можно предположить, что воспитание человеческих детенышей также влияет на их стресс-реакцию в долгосрочной перспективе. В одном небольшом, но занимательном исследовании Мини с коллегами изучал ткань мозга умерших людей. Они взяли образцы у 12 человек, скончавшихся от естественных причин, у 12-ти покончивших жизнь самоубийством и у 12-ти, которые тоже покончили жизнь самоубийством, но при этом в детстве еще и пережили насилие. Ученые обнаружили, что в мозге последних 12-ти относительно много метильных групп вокруг гена рецептора – так же как и у крысят, которых мало вылизывали. И подобным же образом у жертв насилия было меньше рецепторов на соответствующих нейронах. Можно предположить, что насилие привело к эпигенетическим изменениям у детей, а эти изменения повлияли на их эмоциональные процессы, уже когда они стали взрослыми, что переросло в суицидальные наклонности.

Работа Мини и Шифа стимулировала проведение многочисленных исследований связи эпигенетических изменений и хронических заболеваний. Но наш эпигеном меняется с течением жизни – даже при отсутствии стресса и нищеты. Так, генетик Стив Хорват предположил, что изменения человеческого эпигенома происходят с постоянной скоростью, как будто подчиняясь ходу биологических часов.

Идея эпигенетических часов пришла в голову исследователю в 2011 г., когда он изучал слюну [952] См.: Chen et al. 2016; Gibbs 2014; Horvath 2013; Horvath and Levine 2015; Walker et al. 2015. . Собрав совместно с коллегами образцы слюны у 68 человек, Хорват извлек из этой жидкости плавающие там клетки слизистой оболочки щеки. Изначально ученый пытался найти различия в метилировании у гетеро- и гомосексуалов. Однако ему не удалось обнаружить четкой закономерности. Но чтобы исследование не пропало даром, Хорват решил сравнить слюну людей разного возраста.

Совместно с коллегами он нашел два участка на ДНК, в пределах которых рисунок метилирования у людей одного возраста совпадал. Когда исследователи проанализировали другие типы клеток, то нашли еще несколько фрагментов, где в процессе старения метилирование менялось даже более четко. К 2012 г. Хорват изучил метилирование в 16 областях ДНК у девяти различных типов клеток. Он мог использовать эти закономерности для определения возраста человека с точностью 96 %.

Когда Хорват подготовил статью с описанием этих экспериментов, два журнала ее отклонили. Дело было не в том, что его результаты казались слишком неубедительными. Напротив, они были чрезмерно хороши. Получив отказ в третий раз, исследователь выпил три бутылки пива и сразу после этого сел писать редактору журнала свои возражения на аргументы рецензентов. Это помогло, и статья Хорвата вышла в номере Genome Biology за октябрь 2013 г. Прочитав ее, одна нидерландская исследовательская группа незамедлительно проверила эпигенетические часы на образцах крови голландских солдат. Ученые смогли определить их возраст с точностью до нескольких месяцев.

Сколь бы интригующими ни были подобные исследования, до сих пор неясно, важное ли значение имеют эпигенетические часы. Та же неопределенность витает вокруг исследований способов, которыми негативный опыт запускает эпигенетические изменения в мозге и остальном теле. Эти исследовательские проекты, как правило, небольшие, и иногда при попытках воспроизвести их не удается получить аналогичные результаты. Очень может быть, что те, кто ищет эпигенетические изменения, заблуждаются, обнаруживая ожидаемые эффекты там, где их нет. Возможно, к примеру, что эпигенетические часы запускаются вовсе не по причине изменения клетками своих метильных меток. А может, с возрастом начинают преобладать клетки с другим эпигенетическим рисунком – не те, которых было больше в юном организме.