Чарльз Эллис - Эпигенетика

Swift H. 1974. The organization of genetic material in eukaryotes: Progress and prospects. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 38: 963–979.

Thompson J.S., Hecht A., and Grunstein M. 1993. Histones and the regulation of heterochromatin in yeast. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58: 247–256.

Tilghman S.M., Bartolomei M.S., Webber A.L., Brunkow M.E., Saam J., Leighton P.A., Pfeifer K., and Zemel S. 1993. Parental imprinting of the H19 and Igf2 genes in the mouse. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58: 287–295.

Vazquez J., Farkas G., Gaszner M., Udvardy A., Muller M., Hag-strom K., Gyurkovics H., Sipos L., Gausz J., Galloni M., et al. 1993. Genetic and molecular analysis of chromatin domains. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58: 45–54.

Wade P.A., Jones P.L., Vermaak D., Veenstra G.J., Imhof A., Sera T., Tse C., Ge H., Shi Y.B., Hansen J.C., and Wolffe A.P. 1998. Histone deacetylase directs the dominant silencing of transcription in chromatin: Association with MeCP2 and the Mi-2 chromodomain SWI/SNF ATPase. Cold Spring Harbor Symp. Quant Biol. 63: 435–445.

Wang Y., Wysocka J., Perlin J.R., Leonelli L., Allis C.D., and Coonrod S.A. 2004. Linking covalent histone modifications to epigenetics: The rigidity and plasticity of the marks. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 69: 161–169.

Weintraub H. 1974. The assembly of newly replicated DNA into chromatin. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 38: 247–256.

Weintraub H. 1993. Summary: Genetic tinkering local problems, local solutions. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58: 819–836.

Weintraub H., Flint S.J., Leffak I.M., Groudine M., and Grainger R.M. 1978. The generation and propagation of variegated chromosome structures. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 42: 401–407.

Wickner R.B., Edskes H.K., Rosj> E.D., Pierce M.M., Baxa U., Brachmann A., and Shewmaker F. 2004a. Prion genetics: New rules for a new kind of gene. Annu. Rev. Genet. 38: 681–707.

Wickner R.B., Edskes H.K., Ross E.D., Pierce M.M., Shewmaker P., Baxa U., and Brachmann A. 2004b. Prions of yeast are genes made of protein: Amyloids and enzymes Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 69: 489–496.

Willard H.F., Brown C.J., Carrel L., Hendrich B., and Miller A. P. 1993. Epigenetic and chromosomal control of gene expression: Molecular and genetic analysis of X chromosome inactivation. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 58: 315–322.

Wood W.B., Meneely P., Schedin P., and Donahue L. 1985. Aspects of dosage compensation and sex determination in Caenorhabditis elegans. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 50: 575–583. Yarmolinsky M.B. 1981. Summary. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 45: 1009–1015.

Zheng C., and Hayes J.J. 2003. Structures and interactions of the core histone tail domains. Biopolymers 68: 539–546.

Gary Felsenfeld

National Institute of Diabets and Digestive and Kidney, National Institute of Heath, Bethesda, Maryland 20892-054

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 (см. ниже) 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.

Что бы ни происходило с этим определением, с начала 20-го столетия неуклонно накапливались идеи и научные данные, лежащие в основе современного понятия «эпигенетика». В 1930 году Герман Меллер (Muller, 1930) описал у Drosophila класс мутаций, которые он назвал «eversporting displacements» («eversporting» в данном случае обозначает высокую частоту фенотипического изменения). Эти мутанты были связаны с хромосомными транслокациями (displacements), но «даже тогда, когда все части хроматина, по всей видимости, были представлены в нормальной дозе, — хотя и были ненормально расположены относительно друг друга, — фенотипический результат не всегда был нормальным». В некоторых из этих случаев Меллер наблюдал мух, у которых были пятнистые глаза. Он думал, что это, вероятно, обусловлено «генетическим разнообразием различных клеток, формирующих глаз», но дальнейший генетический анализ привел его к тому, чтобы связать необычные свойства с хромосомной перестройкой; он сделал вывод, что «с этим как-то связаны, скорее, хромосомные участки, влияющие одновременно на различные признаки, чем отдельные гены или гипотетические ”генные элементы”». На протяжении последующи× 10–20 лет убедительные данные, полученные во многих лабораториях (см. Hannah, 1951), подтвердили, что эта пятнистость, мозаичность возникает тогда, когда перестройки ставят рядом ген белых глаз и гетерохроматиновые районы.