Эпигеном человека

Американским ученым удалось расшифровать эпигеном клеток человека. Исследование провела группа сотрудников Лаборатории геномного анализа в Институте Солк (Salk Institute) под руководством директора лаборатории, профессора Джозефа Экера (Joseph Ecker).

Активность генов определяется не только их последовательностью в молекуле ДНК, но и другими факторами, например, пространственной конфигурацией "двойной спирали" и ее метилированием. Термином "эпигеном" принято обозначать все факторы, определяющие какие из генов, составляющих геном, работают, а какие - отключены. Сотрудники Лаборатории геномного анализа сосредоточились на изучении метилирования ДНК. Один из авторов исследования Райан Листер (Ryan Lister) разработал эффективный метод, позволяющий не только обнаружить метильные группы в составе молекулы ДНК, но и составить схему их расположения в изучаемом геноме.

Исследователи расшифровали эпигеном эмбриональных стволовых клеток человека и клеток соединительной ткани легких (фибробластов). Выяснилось, что в геноме фибробластов большинство метильных радикалов располагалось рядом с цитозином. В ДНК стволовых клеток около 25 процентов метилирования происходило рядом с другими элементами двойной спирали. Для подтверждения своих открытий исследователи сравнили эпигеномы эмбриональных стволовых клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из фибробластов. Процент метильных радикалов, располагавшихся не у цитозина, совпадал в обеих группах клеток.

На следующем этапе исследований группа Экера планирует изучить влияние эпигенетической структуры ДНК на развитие клеток, а также формирование ряда заболеваний. Кроме того, ученые хотят оценить изменения эпигенома в процессе старения, а также под воздействием факторов окружающей среды.

Эпигеном и старение

В последние годы накоплено большое количество доказательств того, что эпигенетические процессы играют важную роль на поздних этапах жизни. В частности, при старении происходят широкомасштабные изменения паттернов метилирования. Предполагается, что эти процессы находятся под генетическим контролем. Обычно наибольшее количество метилированых цитозиновых оснований наблюдается в ДНК, выделенной из эмбрионов или новорожденных животных, и это количество постепенно уменьшается с возрастом. Подобное снижение уровня метилирования ДНК обнаружено в культивируемых лимфоцитах мышей, хомяков и людей. Оно имеет систематический характер, но может быть ткане- и геноспецифичным. Например, Tra с соавт. (Tra et al., 2002) при сопоставлении более чем 2000 локусов в Т-лимфоцитах, изолированных из периферической крови новорожденных, а также людей среднего и старшего возраста, выявили, что 23 из этих локусов с возрастом подвергаются гиперметилированию и 6 - гипометилированию, причем сходные изменения характера метилирования выявлены и в других тканях: поджелудочной железе, легких и пищеводе. Выраженные эпигенетические искажения выявлены у больных прогирией Хатчинсона-Гилфорда.

Предполагается, что деметилирование с возрастом приводит к хромосомным перестройкам за счет активации мобильных генетических элементов (МГЭ), которые обычно подавляются при помощи метилирования ДНК (Barbot et al., 2002; Bennett-Baker, 2003). Систематическое возрастное снижение уровня метилирования может, по крайней мере отчасти, быть причиной возникновения многих комплексных заболеваний, которые нельзя объяснить с помощью классических генетических воззрений. Ещё одним процессом, происходящим в онтогенезе параллельно с деметилированием и влияющим на процессы эпигенетического регулирования, является конденсация хроматина (гетерохроматинизация), приводящая с возрастом к снижению генетической активности. В ряде работ возраст-зависимые эпигенетические изменения были продемонстрированы также в половых клетках; направление этих изменений, по всей видимости, является геноспецифичным.

Литература

• Несса Кэри  «Эпигенетика: как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности», Ростов-на-Дону: Феникс, 2012, ISBN 978-5-222-18837-8.