Эпигенетика

Текст - Алексея, бывшего форумчанина, 2011 год.

Я - только радиоточка:
-----------------------------------------------------------------------
Давайте попробуем поговорить об эпигенетике. Тому есть несколько причин: во-первых, это красиво; во-вторых, об этом практически ничего не пишут на простом языке, что порождает, конечно, безумие домыслов и вздорностей, что не есть хорошо; в-третьих, ничего сложного там нет; в-четвёртых, там сокрыто самое элегантное доказательство эволюции, к которому даже Ржевский, уж на что ехидный господин, да и тот не придерётся.

Я сознательно избегу употребления особых научных терминов, названия белков и процессов, поскольку смысла для не-специалиста, мягко говоря, они не прибавят. И совершенно не стоит беспокоиться, если вы что-либо не поймёте с первого раза - значит, меа кульпа.

Я уверен, что это может кому-то не понравиться. Тем не менее, современные научные представления, как мне кажется, необходимо донести до любознательной публики. Если нижеследующее вызывет неоднозначно положительную реакцию - не пугайтесь, это нормально.


Начнём от простого к сложному.

1. В принципе, под "эпигенетикой" понимают способ передачи информации следующему поколению (клетки или целиком организма, не важно) не через гены напрямую.

И, в принципе, такое понимание не совсем верно, поскольку множество типов "эпигенетической передачи" основывается на определённой структуризации самого гена различными белками. Непонятно, да? Согласен, поэтому для лучшего понимания лично мне проще смотреть на схемы-картинки.

К сожалению, придётся привести общую схему деления обычных клеток (не половое размножение), иначе совсем запутаемся.
Посмотреть вложение 3066

Клетки называют "материнской" и "дочерней", соответственно (не путать с "материнской и отцовской" хромосомками).

Последовательность здесь такая: ....хромосома удваивается в процессе синтеза ДНК (1); затем в митозе (так называется сам процесс деления) две идентичные части хромосомы растаскиваются специальными тяжами в противоположные стороны (2); затем клетка делится пополам (3); затем в каждой из дочерних клеток хромосома удваивается (1)....

[Я нарисовал одну хромосому (каждая - в двух копиях: от отца и от матери). Можно было нарисовать только одну часть, но это бы запутало последующие сообщения]

В промежутке между делением и началом процесса удвоения хромосом (3 - 1) идёт считывание информации с генов (не со всех, разумеется, а только с тех, которые требуются данному типу клеток), в процессе которого получаются различные белки.

Так вот, саму генетическую информацию, клетка-мать, разумеется, передаёт "дочери" полностью идентичной (если считать процесс удвоения хромосом идентичным и безошибочным), но считывание информации у "матери" и у "дочери" может различаться.

Как так? Смотрим на процесс повнимательней: "Запуск" тех или иных генов происходит с помощью так называемых "регуляторов", являющимися определённым набором белков (для каждого гена разным). В процессе удвоения хромосомы эти регуляторы отваливаются от генов (иначе они будут мешаться).

Соответственно, чтобы в следующем клеточном цикле они пришли обратно на нужное место, им требуется некий сигнал с гена. Таким сигналом может выступать множество вещей, но самым основным считается определённая химическая модификация либо самого гена (его структурных кирпичиков-нуклеотидов), либо структурных белков, которые очень плотно связаны с геном (и не отваливаются почти никогда).
Посмотреть вложение 3067

Некоторые регуляторы могут не отваливаться от "материнской" хромосомы, но не появляться на "дочерней". Это понятно, поскольку синтез ДНК идёт из строительных кирпичиков-нуклеотидов, лишённых всяких особенностей. А приобретёт ли дочерняя копия хромосомы все те же модификации, что и материнская - ну, это у каждых клеток и у каждых генов происходит по-разному. Иные - да, иные - нет.

Но в подавляющем большинстве случаев - да. Тогда говорят об эпигенетической передачe сигнала этих генов через митоз: и дочерняя и материнская клетки вырабатывают идентичный набор белков (поскольку структура генного материала: "ген + модификация" идентична у обеих клеток).

На моей картинке: ген А эпигенетически передался "дочерней" клетке (работает так же как и материнский), а ген Б - остался работать только у "матери", а у "дочерней", поскольку он не приобрёл маркеров активации - стал "неактивным".
(синенькие палочки на "генах" А и Б - маркеры)

Иными словами: если часть (или все) генов дочерней клетки полностью повторяет генетическую программу материнской из-за идентичных модификаций этих генов, то такое копирование называют эпигенетической передачей.

Разница между генетической передачей в том, что наследование таких признаков не подчиняется "классической" генетике, поскольку может происходить разобщение "маркер" - "ген".

Это самый простой способ в эпигенетике. Самый распространённый, но мне название "эпигенетика" в данном случае не совсем нравится, поскольку оперируем, в конечном итоге, всё теми же генами. Ну, это наше скромное мнение.



2. Эпигенетическая передача информации при половом размножении.

По большому счёту здесь всё очень похоже на первый вариант, однако есть небольшое и важное "но".

Смотрим схему образования гамет-половых клеток (G1-G4) (яйцеклеток или сперматозоидов. B данном случае - сперматозоидов):

Хромосомы удваиваются; затем идёт "спаривание" хромосом от отца и матери в одну бяку (I); затем по разным концам клетки растаскиваются целые хромосомки (II) (на один конец - идёт материнская, на другой - от отца; для разных хромосом (а у нас их больше 20) - процесс совершенно спонтанный, поэтому невозможно предсказать какой набор будет в каждой “полу-гамете”); затем идёт сразу второе деление (как митоз) (III) и получаются в итоге из одной клетки - не 2, а 4 гаметы.

Мужские и женские гаметы сливаются, удваиваются и получается первая клетка...

Так вот, разница между митозом в том, что не некоторые, а почти все маркеры генов исчезают из спермиев. Соответственно, в процессе слияния с яйцеклеткой, генам отца нужно восстановить программу. И тут происходит полный разброд и шатание, где закономерности пока остаются практически неизученными: какие-то гены способны "скопировать" необходимые модификации с "маминой" части генома, но:

какие-то всё-таки сохраняют свои собственные маркеры (о трёх генах известно точно) !

И о тех генах, которые смогли пронести на себе все маркеры даже через гаметы - говорят, что они эпигенетически наследуются в поколениях.

Нота бене:

Фишка тут в том, что за исключением этих трёх генов (чьи маркеры очень твёрдо наследуются), закономерность передачи маркеров остальных отцовских генов - совершенно спорадическая. Никто пока не проводил "поштучный" анализ всех миллиардов сперматозоидов (что, как мне кажется, было бы интересно, но пока технически сложно), но картинка может получиться такой, что не будет единообразия: то есть, скажем, в каких-то сперматозоидах ген Х будет "голым", а в каких-то - останется с "маркерами активации".

В общем говоря, поскольку многие маркеры на клетках появляются в течение нашей жизни, а сигналов, приводящих к их появлению - тьма. Да и сигналы эти, прямо скажем, могут быть весьма странными - вроде "послушал хорошей музыки - получил маркер - активировал "ген С" (я не слишком утрирую). А какие из них передадутся поколению - как я уже сказал - пока неизвестно. Поэтому может вполне оказаться, что активная творческая личность будет иметь шанс (случайный) передать что-нибудь (я не говорю "способности", так как боюсь) своему потомству.

Хрен его знает, может всё так и оказаться, хотя особой веры у меня в это нет. Но и настаивать не стану.

3. Доказательство эволюции.
Это уже будет немного сложнее. Без специальных терминов не обойтись.

Истинная эпигенетика. Практически тайное знание (я серьёзно).

Давайте посмотрим на картинку. Чёрт с ними, с генами, в конце-концов. Красота эпигенетики совсем не в этом.

В хромосоме существует определённая структура - центромер, которая обычно не несёт в себе никаких генов (при этом центромер - огромный участок ДНК). Функция его - сложиться в конечном итоге в непростую структуру - кинетохор - с привлечением сотен белков и ещё всякой хрени. С тем, чтобы правильно присоединиться к тяжам (микротрубочкам), которые растягивают хромосомы в процессе деления.

Как ни странно, сам по себе этот участок ДНК (центромер) не способен образовать кинетохор. Было много попыток засунуть "голую" хромосому (то есть совсем без белков) или отдельный центромер в клетки с надеждой получить настоящую хромосомку. Однако, все попытки оканчивались полным крахом. Что было очень странно, поскольку считалось, что ДНК в сперматозоиде не содержит в себе никаких интересных белков.

В общем, думали-копались и узнали, что на самом деле, пара белков всё-таки остаётся. Что самое забавное - остаётся именно на центромере. Они помогают сохранить определённую конформацию этого участка таким образом, что позволяет "собрать" кинетохор (когда спермий попадает в яйцеклетку) очень быстро - за пару минут. Всё это было показано и в пробирке и в живом организме.

Система одна у всех эукариотов (точнее, у всех, у кого есть деление с помощью тяжей).

При репликации (1-2) (удвоении) этого центромерного участка ДНК (в процессе обычного клеточного цикла), вновь синтезированная дочерняя копия получает моментально эти пару белков на свой центромер ("материнская" делится своими). Полимераза ещё не сошла, как говорится, а центромер уже с маркером. О как. Причём на голый центромер эти белки никогда не придут - им обязательно нужно присутствие таких же белков уже на ДНК (в данном случае, "материнской" хромосомы). Клетка делится (3-4), а потом происходит "добавка" недостающей половины этих белков в течение пары часов (5).

Поэтому получается, что нет никаких разрывов в жизни нас и, скажем, грибов.

Настоящее Дао (или зоосфера/витосфера?). Всё в этом мире едино, блин.
Белок, который сидит у нас на центромере - так и сидит там, начиная с примитивной клетки (не спрашивайте откуда она взялась - не знаю). Он, разумеется, меняется, поскольку ген его очень гипервариабелен, что, кстати, и определяет расхождение организмов по нескрещивающимся видам, но это уже совсем другая тема, которую здесь нам, скорее всего, не поднять.

Да.

Вызывайте Графомана на ковер.

Это тоже хорошо, но еще лучше - словите его на Уравняйке и позовите сюда, а то он и не заметит, что Вы тут его ждете.