Книга Эпигенетика. Управляй своими генами - Михаил Гаврилов

МикроРНК также помогают контролировать активность и функцию гена. Они являются некодирующими РНК, которые регулируют экспрессию гена после транскрипции или после того, как протеин (белок) был обработан рибосомой. Как правило, они подавляют выработку белка путем изменения возможностей мессенджерной РНК и с помощью процесса, называемого трансляционным глушением (интерференция). Таким образом, они способны подавлять функции и экспрессию генов.

Сейчас идет бум исследований в области применения микроРНК как для диагностики, так и для лечения рака. Выявлено несколько микроРНК, которые могут подавлять активность генов, связанных с образованием различных видов опухолей, а также известны микроРНК, которые, наоборот, могут стимулировать их образование. Учитывая то, что видов рака очень много, и даже в пределах одного вида существует много вариаций, диагностика и лечение которых сильно отличаются, точное понимание механизмов управления различными микроРНК имеет колоссальное значение для онкологии в целом. МикроРНК ответственны за таргетирование примерно 30 % генов и могут влиять на подавление опухоли, апоптоз (запрограммированная клеточная гибель), клеточную пролиферацию (деление клеток) и движение клеток.

Но это не значит, что микроРНК участвуют только в регуляции опухолевого процесса, они могут играть важную роль во многих хронических заболеваниях, влиянии интоксикации различными токсичными веществами на организм, а также регулировать действие полезных веществ в питании.

Эпимутации

По аналогии с мутациями метильные метки на ДНК и модификации гистонов, или структурные изменения хроматина без изменения нуклеотидной последовательности, получили название эпимутаций. В отличие от мутаций, эпимутации контекст-зависимы, обусловлены сигналами из внешней среды, особенно представляющими опасность и угрозу (но могут вызываться и позитивными тренирующими сигналами), и служат целям адаптации к этим сигналам. Это достигается за счет их участия в регуляции экспрессии генов.

По некоторым предположениям, частота эпимутаций может на один-два порядка превышать частоту генных мутаций, а следовательно, их вклад в наследственную изменчивость, в том числе и у человека, пока остается недооцененным.

Эпигенетические механизмы, воспринимая сигналы среды, создают внутренние каскады регуляции активности генома, способные к самовоспроизведению, усилению и передаче в поколениях. В то же время многообразие перечисленных механизмов регуляции активности генов, их взаимодействие и порой взаимное противодействие, а также наличие обратимых процессов может быть причиной снятия эпигенетических меток, в результате чего генная активность может меняться на противоположную.

Эпигенетические явления отличаются от долгосрочных физиологических адаптаций[7], обусловленных различными регуляторными процессами.

Об эпигенетических явлениях, в отличие от физиологических адаптаций, можно говорить лишь тогда, когда выявлены три основных типа молекулярных явлений (есть и другие механизмы, но пока что хорошо изучены только три). Наблюдаемая во многих случаях измененная экспрессия генома, в том числе закрепившаяся на длительный период времени, может быть признана эпигенетическим явлением лишь при наличии соответствующих изменений в метилировании ДНК, модификациях гистонов или микроРНК.

1.6. Новые, недавно открытые эпигенетические факторы

Немаловажными и открытыми сравнительно недавно факторами эпигенетического репрограммирования являются пространственная организация ядра, Х-хромосомная инактивация, генный импринтинг, мозаичный эффект положения, парамутации, моноаллельная экспрессия и многие другие. Так как эти факторы еще не вполне изучены, мы в этой книге только упомянем о них, иногда в некоторых главах раскрывая механизмы этой регуляции.

Обзор новых эпигенетических факторов прекрасно представлен в статье «Эпигенетика и способы ее реализации», написанной А.Г. Щуко, А.А. Веселовым, и др. Здесь нами добавлено немного поясняющего терминологию материала и упрощены некоторые формулировки для лучшего понимания неспециалистами.

Пространственная организация ядра, а точнее, его генного материала, играет определенную роль в механизмах эпигенетического регулирования.

Речь идет об особой упаковке ДНК в ядре клетки, которая является трех– или четырехмерной. Такой способ предохраняет молекулу ДНК от запутывания. Упаковка ДНК динамично меняется в ходе жизненного цикла клетки, а также под воздействием внешних и внутренних факторов, то есть участвует в механизмах эпигенетического регулирования считывания генной информации. Как показали исследования, важную роль в формировании пространственной структуры ядра выполняет ядерный матрикс. Известна его роль в поддержании специфических радиальных позиций так называемых хромосомных территорий внутри клеточного ядра. Кроме того, доказано непосредственное участие ядерного матрикса в организации активаторных хроматиновых блоков, специфических промоторов генов, регулирующих транскрипцию.

Российским институтом биологии гена изучены основные принципы организации регуляторных систем в хроматиновых доменах, а также механизмы, контролирующие отличающуюся экспрессию тканеспецифичных генов в них. Показано, что домены открытого типа могут расширяться, включая в свой состав дополнительные гены и регуляторные элементы.

Рис. 15. Хромосомные территории (хроматин по-разному расположен в ядре клетки, о чем говорит разный уровень насыщенности серого цвета в определенных зонах ядра)