Ирина Мальцева - Эпигенетика. Управляй своими генами

Затем был обнаружен эффект положения мозаичного типа– в результате хромосомных перестроек ген подвергался регуляторному воздействию при переносе из эухроматина в гетерохроматин, при этом в одних клетках он становился неактивным, в других же – наоборот. Различные варианты позиционных эффектов, по-видимому, связаны со специфическим окружением. Определено, что эффект положения может распространяться как линейно на определенные участки вдоль хромосомы, так и прерывисто. Наглядно показана роль специфических небольших участков ДНК – энхансеров, принимающих участие в механизмах формирования эффекта положения. Данные участки могут располагаться на значительных расстояниях относительно матричной цепи регулируемого гена и в любой ориентации к ней и при этом влиять на транскрипцию промоторных зон определенных генов.

Еще более загадочным явлением в эпигенетике, вокруг которого наблюдается немало дискуссий и споров, являются парамутации. Данные генетические процессы подразумевают устойчивые наследуемые состояния гена, возникающие в результате взаимодействия с другим вариантом аллеля без изменения нуклеотидной последовательности. Другими словами, во время пребывания активного аллельного гена в одном генотипе с неактивным аллелем происходят его деактивация и «запоминание» данного состояния в последующих поколениях. Как и все эпигенетические процессы, парамутации абсолютно не согласовываются с классическими законами Менделя о наследовании генов, согласно которому гены расходятся в половые клетки в неизмененном виде. Одним из важнейших свойств парамутаций является их способность возвращаться в исходное состояние (реверсировать) и вновь возвращаться в парамутантное состояние в зависимости от условий окружающей среды. Механизм парамутаций до сих пор неизвестен.

К числу немаловажных факторов, оказывающих влияние на эпигеном, можно отнести и открытый совсем недавно особый класс белков – прионов. В основе механизма прионизации лежит изменение нормальной пространственной структуры (включая конформацию) молекулы белка при воздействии на него прионного белка с измененной третичной структурой. В данном случае прион справедливо рассматривать как белковый носитель чужеродной информации, непосредственно воздействующий на протеом клетки. В отличие от генетических носителей информации, которыми являются вирусы или транспозоны, прионы не изменяют генетическую последовательность нуклеотидов в ДНК. В настоящее время известно множество негативных эффектов прионизации белков, вызывающих такие заболевания у человека, как болезнь Крейтцфельдта – Якоба, синдром Герстманна – Штреусслера – Шейнкера, наследственная семейная бессонница. Наряду с ними существуют вполне обоснованные предположения о приспособительном характере воздействия прионов – за счет присутствия в популяции клеток, содержащих прионы, она может быстро приспосабливаться к изменившимся условиям среды. Особенно важна такая возможность при попадании в условия стресса. Результат данного эффекта сводится к изменению протеома клетки, необходимого для функционирования в измененных условиях среды. По мнению ряда исследователей, прионная регуляция генной функции должна рассматриваться как эпигенетическая составляющая функционирования клетки. Пока нет достоверных подтверждений наследования прионов у человека, однако существует мнение о предрасположенности к некоторым формам прионных заболеваний.

В настоящее время уже разработаны и внедрены в практическое здравоохранение лекарственные препараты, обладающие модификацией некоторых эпигенетических механизмов. В частности, существуют онкологические препараты, подавляющие активность ДНК-метилтрансфераз, участвующих в процессе метилирования ДНК. Известны положительные результаты применения препаратов, устраняющих негативные последствия модификаций гистонов – так называемые ингибиторы гистоновой деацетилазы. Все более отчетливо прослеживается роль эпигенетики в развитии многих заболеваний человека, таких как сахарный диабет, бронхиальная астма, ожирение, отдельные синдромальные заболевания, например синдром Прадера – Вилли, связанный с геномным импринтингом в определенном локусе хромосомы.

Такие факторы, как питание человека, его физическая активность, режимы труда, отдыха, инфекции, воздействие токсинов и многие другие аспекты, казалось бы, повседневной жизни, стали приобретать все большее значение в контексте рассмотрения их как важнейших эпигенетических «медиаторов». Большу2ю роль отводят ученые эпигенетическим механизмам и в процессе старения организма, где были зафиксированы обширные зоны изменений профиля метилирования генома.

По мнению ряда исследователей, тайны эпигенетических механизмов предстоит раскрывать еще не одно десятилетие, при этом ее вклад в развитие и лечение заболеваний человека, по сравнению со вкладом генетики, гораздо более весом и значим.

Очень близка по духу к эпигенетике геномика питания, которая относится к области «омикс»-технологий. Она дает понимание, как питательные вещества взаимодействуют с генетической информацией для воздействия на различные причины заболевания. Геномика питания включает в себя две различные, но пересекающиеся области: нутригеномику и нутригенетику.

Нутригеномикаможет быть определена как измеряемое влияние питательных веществ на геном, протеом, микробиом и метаболом. Использование лабораторной диагностики, например анализ на органические кислоты, аминокислоты, гомоцистеин и др., может служить индикатором того, функционирует ли ген или нарушен за счет полиморфизма (SNP, снип) и в какой степени. По результатам генетической и лабораторной диагностики разрабатываются индивидуальные планы питания для воздействия на биохимические процессы, в которых замешаны снипы.

В основе нутригеномики лежит понятие об экспрессии генов. Вероятность повышенных рисков многих заболеваний контролируется парными генами. В каждой из пар один из носителей наследственной информации находится в активной фазе, а другой «дремлет». Если активен ген, отвечающий за наличие болезни, то патологический процесс стартует. Существуют продукты, которые могут подавлять или усиливать активность генов (менять, модулировать их экспрессию). Это означает, что на болезни можно воздействовать едой, увеличивая и уменьшая количество конкретных видов пищи в рационе. Изучение подобных свойств различных продуктов начато совсем недавно, но уже доказано, что чрезмерное потребление жирной пищи, соленого, копченого и вяленого мяса, игнорирование свежих овощей и фруктов активизируют работу генов, отвечающих за повышение рисков рака. И наоборот, существуют продукты, употребление которых снижает вероятность развития сердечно-сосудистых патологий, ожирения, остеопороза, сахарного диабета, рака и т. д.