Это было более чем странно. Хотя линия клеток изначально была получена от эмбриона мыши, ничего подобного мышечной клетке ранее обычно не формировалось. Как правило, она развивалась в клетки эпителия — тип клеток, выстилающих поверхности большинства наших органов. Работа Питера Джонса продемонстрировала, что 5-азацитидин способен менять потенциал этих эмбриональных клеток и вынуждать их становиться мышечными, а не эпителиальными, клетками. Но почему химическое соединение, убивающее раковые клетки, вероятно, подавлением продукции в них ДНК и мРНК, дало здесь такой неожиданный результат?
Переехав из Южной Африки в Университет Южной Калифорнии, Питер Джонс продолжил заниматься этой темой. Два года спустя он и работавшая под его руководством доктор философии Ширли Тейлор обнаружили, что клеточные популяции, обработанные 5-азацитидином, формируют не только мышечную ткань. Они могли создавать клетки других типов, в том числе жировые клетки (адипоциты) и клетки, которые называются хондроцитами. Эти клетки вырабатывают хрящевые белки, подобные тем, что выстилают поверхности суставов и позволяют двум плоскостям беспрепятственно скользить друг по другу.
Эти результаты показали, что 5-азацитидин не является каким-то особым ориентированным на мышцы фактором. В докладе, посвященном этой работе, профессор Джонс выдвинул удивительное по своей проницательности предположение, что «5-азацитидин… вызывает реверсию в более плюрипотентное состояние»[169]. Другими словами, это химическое соединение закатывало шарик немного вверх по склонам уоддингтоновского эпигенетического ландшафта. После этого он опять начинал скатываться вниз по долинам среди его холмов, но останавливался уже совсем в другой конечной точке.
Однако по-прежнему не существовало теории о том, почему 5-азацитидин приводит к таким неожиданным результатам. В связи с этим Питер Джонс самокритично вспоминает чудную историю, ставшую поворотным пунктом в подходе к самой проблеме. Когда он стал работать в Университете Южной Калифорнии, то сначала получил назначение на факультет педиатрии, однако ему очень хотелось работать по совместительству и на факультете биохимии. Чтобы получить это место, ему предстояло пройти дополнительное собеседование, которое сам он считал абсолютно бессмысленным. В ходе интервью Питер Джонс, рассказав о своей работе с 5-азацитидином, отметил, что никому не известно, почему это химическое соединение воздействует на плюрипотентность клеток. Роберт Стеллваген, другой ученый из этого же университета, также принимавший участие в интервью, спросил: «А вы не думали о метилировании ДНК?» Наш кандидат признался, что не только не думал, но и никогда не слышал о нем[170].
Питер Джонс и Ширли Тейлор немедленно занялись метилированием ДНК и очень скоро продемонстрировали, что именно оно было причиной таких эффектов 5-азацитидина. Это соединение подавляло метилирование ДНК. Питер Джонс и Ширли Тейлор синтезировали ряд родственных ему химических соединений и протестировали их влияние на клеточную культуру. Те из них, что препятствовали метилированию ДНК, также вызывали изменения в фенотипе, которые осуществлял и 5-азацитидин. Соединения, не влиявшие на метилирование ДНК, не оказывали на фенотип никакого воздействия[171].
Цитидин (основание Ц) и 5-азацитидин очень похожи по химическому строению. Они показаны на рисунке 11.1, где для простоты продемонстрированы лишь самые главные компоненты их структуры (они называются цитозин и 5-азацитозин соответственно).
В верхней части диаграммы, которая очень похожа на рисунок 4.1, показано, что цитозин может быть метилирован метил-трансферазой ДНК (ДНМТ1, ДНМТ3А или ДНМТ3Б) для создания 5-метилцитозина. В 5-метилцитозине атом азота (N) заменяет ключевой атом углерода (С), который обычно и метилируется. Метилтрансферазы ДНК не могут добавлять метиловую группу к этому атому азота.
Рис. 11.1. 5-азацитозин может быть включен в ДНК во время копирования ДНК, которое происходит перед делением клетки. 5-азацитозин занимает место основания Ц, но так как в нем находится атом азота в позиции, где должен быть атом углерода, чуждое основание не может быть метилировано ДНМТ1 так, как это показано на рисунке 4.2
Давайте еще раз вернемся к главе 4 и представим себе метилированную область ДНК. При делении клетки она размыкает две цепочки двойной спирали ДНК и копирует каждую из них. Однако ферменты, копирующие ДНК, не могут самостоятельно копировать метилирование ДНК. Как следствие, в каждой новой двойной спирали есть одна метилированная цепочка и одна неметилированная. Метилтрансфераза ДНК под названием ДНМТ1 может узнать ДНК, у которой метилирование ДНК присутствует только на одной цепочке, и может восстановить его на другой цепочке, тем самым восстанавливая изначальную схему метилирования ДНК.