Ген — единица генетической информации. Участок ДНК, который содержит необходимую информацию для формирования белка или функциональной РНК. Определение гена также может включать в себя ДНК, которая не кодирует, а участвует в регуляции экспрессии генов.
Некоторое время спустя после рождения первого сына Хуан узнал, что Давиду диагностировали агрессивный рак легких. Через два года его брат скончался в больнице. Безутешный Хуан, плача от бессилия, держал его руку, пока тот не испустил дух. На могилу «своего второго я» Хуан заказал надпись: «Вместе навсегда».
Итак, оставим в стороне неоспоримый драматизм этой истории. Что нам демонстрирует этот пример с научной точки зрения? Как такое возможно, что два человека с одинаковой ДНК могут вести себя по-разному и переносить разные болезни в течение своей жизни?
Причина проста: ДН К — это еще не все, эпигенетика — вот что придает ей смысл.
Один и тот же костюм с разной отделкой
Для того чтобы ответить на вопросы, которые мы только что задали, необходимо вернуться к началу истории Хуана и Давида: важен момент, когда они стали близнецами, то есть когда в одном эмбрионе зародились два плода.
Вот в чем суть: однояйцевые близнецы, другими словами, рожденные из одного эмбриона, поделившегося надвое, обладают одним и тем же геномом, но могут иметь различный эпигеном. Эта концепция была представлена на суд общественности в первый раз в 2005 году, когда наша команда опубликовала статью «Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins» (cm. Fraga, M. E в библиографии), в которой мы доказали, что однояйцевые близнецы демонстрируют разную эпигенетику на уровне метилирования ДНК (напомним: это процесс, который объясняет, почему некоторые гены активны, а другие остаются «молчащими») и модификаций гистонов (белков, которые помогают ДНК сворачиваться в характерную спираль, составляя хромосомы).
Эта находка изменила то, как мы, исследователи, понимали отношения между геномом, эпигеномом и окружающей средой, и благодаря обширному научному отклику на эту статью, многие средства массовой информации с мировым именем, такие как The New York Times, The Wall Street Journal и телеканалы CBS и ВВС также транслировали эту идею. Вот это да! Мы опубликовали настоящий научный бестселлер!
Модификация гистонов относится к химическим процессам, которым подвержены гистоны, она влияет на функционирование хроматина. Существует множество модификаций, таких как метилирование, ацетилирование, фосфорилирование, убиквитинирование и т. д.
Ацетилирование — введение остатка уксусной кислоты СН3СО в состав органического соединения.
Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфолирирующего агента-донора к субстрату.
Эпигенетический дрейф
Наше исследование доказало, что большинство близнецов генетически и эпигенетически идентичны при рождении, но сразу после этого их эпигеномы начинают меняться в индивидуальном порядке, другими словами, по отдельности.
Мы решили назвать этот процесс «эпигенетическим дрейфом». Такая метафора позволяет понять, что эта модификация в какой-то степени похожана непредсказуемое движение судна, которое относит морским или речным течением. В нашей грустной истории братьев-близнецов Хуана и Давида мы увидели, что чем старше становились близнецы, тем сильнее различались они эпигенетически, и чем меньше времени проводили друг с другом, тем более разными были их эпигенетические химические метки. С другой стороны, злоупотребление такими веществами, как табак или алкоголь со стороны Давида, их разный образ жизни (сидячий — Давида, физически активный — Хуана) и тип питания были ключевыми факторами в процессе появления различий между ними.
Убиквитирование — посттрансляционное присоединение ферментами убиквитин-лигазами одного или нескольких мономеров убиквинтина. Убиквитин, аналогично применявшейся у пиратов «черной метке», обрекает белковые молекулы, к которым он прикрепляется, на смерть.
Хромосома — физическая структура в клеточном ядре эукариот, которая содержит генетический материал в форме ДНК, закрученной вокруг белкового комплекса, в основном состоящего из гистонов. Более крупные организмы делят свой генетический материал на несколько хромосом.